Genetica Humana e Medica - Manual Completo para Biomedicina

Indaial 2020 Genética Humana e médica Profª Mariana Franzoni Maioral 1a Edição Copyright UNIASSELVI 2020 Elaboração Profª Mariana Franzoni Maioral Revisão Diagramação e Produção Centro Universitário Leonardo da Vinci UNIASSELVI Ficha catalográfica elaborada na fonte pela Biblioteca Dante Alighieri UNIASSELVI Indaial Impresso por M227g Maioral Mariana Franzoni Genética humana e médica Mariana Franzoni Maioral Indaial UNIASSELVI 2020 238 p il ISBN 9786556630533 ISBN Digital 9786556630540 1 Genética Brasil Centro Universitário Leonardo Da Vinci CDD 5751 apresentação Caro acadêmico seja bemvindo a mais uma disciplina do nosso curso de Biomedicina Estamos prestes a iniciar os estudos da disciplina de Genética Humana e Médica A Genética é a ciência que estuda os mecanismos de hereditariedade ou seja a forma como as características são transmitidas de geração a geração Dentro desta temática existem muitos conceitos básicos que precisam ser revisados e aprendidos e também inúmeras implicações clínicas relacionadas a alterações gênicas Por esse motivo a Genética é uma área extremamente importante para o profissional biomédico Esse profissional deverá ser capaz de compreender e executar métodos de diagnóstico molecular realizados em laboratórios clínicos como o PCR os quais são importantes na detecção de diversas condições e doenças Na Unidade 1 apresentaremos as bases moleculares da genética humana Para isso estudaremos diversos conceitos básicos que nos permitirão entender como o genoma humano é organizado o que é e qual a importância do ciclo celular e das célulastronco como o ser humano é formado após a fecundação e também os princípios relacionados à hereditariedade Na Unidade 2 começaremos a utilizar os conhecimentos previamente apresentados na Unidade 1 de forma a transferir a teoria para a prática mais especificamente para o campo clínico Nesta unidade abordaremos as principais alterações genéticas e suas implicações discutiremos os princípios da imunogenética e abordaremos o papel da genética no câncer Para finalizar a Unidade 3 abordará questões mais avançadas dentro da Genética como as principais técnicas genéticas e de biologia molecular realizadas em laboratórios clínicos e as aplicações da Genética no campo da Biomedicina Esperamos que as informações aqui apresentadas sejam de grande valia em sua vida profissional e que ao finalizar este livro didático você seja capaz de atuar em qualquer espaço que contemple os assuntos abordados nesta disciplina de forma segura ética responsável e competente Bons estudos e sucesso Profª Dra Mariana Franzoni Maioral Você já me conhece das outras disciplinas Não É calouro Enfim tanto para você que está chegando agora à UNIASSELVI quanto para você que já é veterano há novi dades em nosso material Na Educação a Distância o livro impresso entregue a todos os acadêmicos desde 2005 é o material base da disciplina A partir de 2017 nossos livros estão de visual novo com um formato mais prático que cabe na bolsa e facilita a leitura O conteúdo continua na íntegra mas a estrutura interna foi aperfeiçoada com nova diagra mação no texto aproveitando ao máximo o espaço da página o que também contribui para diminuir a extração de árvores para produção de folhas de papel por exemplo Assim a UNIASSELVI preocupandose com o impacto de nossas ações sobre o ambiente apresenta também este livro no formato digital Assim você acadêmico tem a possibilida de de estudálo com versatilidade nas telas do celular tablet ou computador Eu mesmo UNI ganhei um novo layout você me verá frequentemente e surgirei para apresentar dicas de vídeos e outras fontes de conhecimento que complementam o assun to em questão Todos esses ajustes foram pensados a partir de relatos que recebemos nas pesquisas institucionais sobre os materiais impressos para que você nossa maior prioridade possa continuar seus estudos com um material de qualidade Aproveito o momento para convidálo para um batepapo sobre o Exame Nacional de Desempenho de Estudantes ENADE Bons estudos NOTA Olá acadêmico Iniciamos agora mais uma disciplina e com ela um novo conhecimento Com o objetivo de enriquecer seu conhecimento construímos além do livro que está em suas mãos uma rica trilha de aprendizagem por meio dela você terá contato com o vídeo da disciplina o objeto de aprendizagem materiais complemen tares entre outros todos pensados e construídos na intenção de auxiliar seu crescimento Acesse o QR Code que levará ao AVA e veja as novidades que preparamos para seu estudo Conte conosco estaremos juntos nesta caminhada LEMBRETE sumário UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA 1 TÓPICO 1 INTRODUÇÃO À GENÉTICA 3 1 INTRODUÇÃO 3 2 VISÃO GERAL DA CÉLULA HUMANA 3 21 CROMOSSOMOS HUMANOS 5 22 CARIÓTIPO HUMANO 6 3 CICLO CELULAR REGULAÇÃO E APOPTOSE 8 31 MITOSE CELULAR 10 32 MEIOSE CELULAR 12 321 Meiose I 12 322 Meiose II 14 33 CÉLULASTRONCO 16 RESUMO DO TÓPICO 119 AUTOATIVIDADE 20 TÓPICO 2 REPRODUÇÃO HUMANA E EMBRIOGÊNESE 23 1 INTRODUÇÃO 23 2 ESPERMATOGÊNESE 24 3 OVOGÊNESE 27 4 FECUNDAÇÃO 30 5 EMBRIOGÊNESE 33 51 ANEXOS EMBRIONÁRIOS 38 RESUMO DO TÓPICO 240 AUTOATIVIDADE 42 TÓPICO 3 ORGANIZAÇÃO DO GENOMA HUMANO 45 1 INTRODUÇÃO 45 2 HISTÓRIA DA GENÉTICA 45 3 ÁCIDOS NUCLEICOS DNA 49 31 REPLICAÇÃO DO DNA 53 4 ÁCIDOS NUCLEICOS RNA 57 5 SÍNTESE DE PROTEÍNAS 58 51 TRANSCRIÇÃO GÊNICA 59 52 TRADUÇÃO GÊNICA 62 LEITURA COMPLEMENTAR 66 RESUMO DO TÓPICO 368 AUTOATIVIDADE 70 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA 73 TÓPICO 1 PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE 75 1 INTRODUÇÃO 75 2 GENÉTICA MENDELIANA 75 21 PRIMEIRA LEI DE MENDEL PRINCÍPIOS DA DOMINÂNCIA E DA SEGREGAÇÃO 76 22 SEGUNDA LEI DE MENDEL O PRINCÍPIO DA SEGREGAÇÃO INDEPENDENTE 79 3 LEI DA PROBABILIDADE 81 4 HEREDOGRAMAS 82 5 APLICAÇÕES DO MENDELISMO PADRÕES CLÁSSICOS DE HERANÇA 84 51 HERANÇA AUTOSSÔMICA DOMINANTE 85 52 HERANÇA AUTOSSÔMICA RECESSIVA 86 53 HERANÇA LIGADA AO SEXO 88 6 EXTENSÕES DO MENDELISMO PADRÕES NÃO CLÁSSICOS DE HERANÇA 91 61 CODOMINÂNCIA 91 62 ALELOS MÚLTIPLOS E POLIMORFISMO 92 63 PLEITROPIA 93 64 HERANÇA MATERNA 93 65 HERANÇA INFLUENCIADA PELO SEXO 94 66 HERANÇA LIMITADA PELO SEXO 94 7 EXTENSÕES DO MENDELISMO HERANÇA MULTIFATORIAL 94 RESUMO DO TÓPICO 196 AUTOATIVIDADE 98 TÓPICO 2 ALTERAÇÕES CROMOSSÔMICAS 101 1 INTRODUÇÃO 101 2 CARIÓTIPOS NORMAIS 101 3 CARIÓTIPOS ALTERADOS 104 4 ALTERAÇÕES CROMOSSÔMICAS NUMÉRICAS 106 41 TRISSOMIAS 106 42 MONOSSOMIAS 109 5 ALTERAÇÕES CROMOSSÔMICAS ESTRUTURAIS 110 RESUMO DO TÓPICO 2113 AUTOATIVIDADE 114 TÓPICO 3 IMUNOGENÉTICA 117 1 INTRODUÇÃO 117 2 PRINCÍPIOS DA IMUNIDADE 117 3 VARIEDADE DE RECEPTORES ANTIGÊNICOS 118 4 SISTEMAS ABO E RH 120 41 SISTEMA ABO121 42 SISTEMA RH 123 5 SISTEMA HLA E TRANSPLANTES 125 6 IMUNODEFICIÊNCIAS E DOENÇAS AUTOIMUNES 127 61 IMUNODEFICIÊNCIAS 128 62 DOENÇAS AUTOIMUNES 131 RESUMO DO TÓPICO 3134 AUTOATIVIDADE 135 TÓPICO 4 GENÉTICA DE TUMORES 137 1 INTRODUÇÃO 137 2 ORIGEM E DESENVOLVIMENTO DO CÂNCER 137 3 MUTAÇÕES AGENTES MUTAGÊNICOS E SISTEMAS DE REPARO 141 31 MUTAÇÕES RELACIONADAS AO CICLO CELULAR 141 32 MUTAÇÕES RELACIONADAS A PROCESSOS DE MORTE CELULAR PROGRAMADA 142 33 MUTAÇÕES QUE AFETAM A ESTABILIDADE GENÔMICA 144 34 MUTAÇÕES ENVOLVENDO PROTOONCOGENES 145 4 NEOPLASIAS HEREDITÁRIAS 147 5 NEOPLASIAS E VÍRUS 148 LEITURA COMPLEMENTAR 151 RESUMO DO TÓPICO 4153 AUTOATIVIDADE 155 UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA 157 TÓPICO 1 PRINCIPAIS TÉCNICAS GENÉTICAS E DE BIOLOGIA MOLECULAR 159 1 INTRODUÇÃO 159 2 CITOGENÉTICA 159 21 CITOGENÉTICA CLÁSSICA 160 22 HIBRIDIZAÇÃO IN SITU POR FLUORESCÊNCIA FISH 162 23 OUTRAS TÉCNICAS DE CITOGENÉTICA MOLECULAR 164 3 BIOLOGIA MOLECULAR 165 31 EXTRAÇÃO E PURIFICAÇÃO DE DNARNA 166 32 ELETROFORESE 167 33 REAÇÃO EM CADEIRA DA POLIMERASE PCR 169 34 VARIAÇÕES DA TÉCNICA DE PCR 171 4 SEQUENCIAMENTO 174 5 CLONAGEM 177 RESUMO DO TÓPICO 1181 AUTOATIVIDADE 183 TÓPICO 2 APLICAÇÕES DA GENÉTICA PARA O BIOMÉDICO 187 1 INTRODUÇÃO 187 2 DIAGNÓSTICO DE DOENÇAS GENÉTICAS 187 21 DIAGNÓSTICO PRÉNATAL 191 22 TESTE DE PATERNIDADE 194 23 ANÁLISE FORENSE 195 24 REPRODUÇÃO HUMANA 198 241 Aconselhamento genético 199 25 TERAPIA COM CÉLULASTRONCO 200 26 TERAPIA GÊNICA 202 RESUMO DO TÓPICO 2206 AUTOATIVIDADE 208 TÓPICO 3 OUTRAS APLICAÇÕES DA GENÉTICA 211 1 INTRODUÇÃO 211 2 FARMACOGENÉTICA E FARMACOGENÔMICA 212 21 NUTRIGENÔMICA 213 22 A INFLUÊNCIA GENÉTICA NO TREINAMENTO ESPORTIVO 215 23 ALIMENTOS TRANSGÊNICOS 217 3 PRINCÍPIOS ÉTICOS EM MANIPULAÇÃO GENÉTICA 218 LEITURA COMPLEMENTAR 221 RESUMO DO TÓPICO 3225 AUTOATIVIDADE 226 REFERÊNCIAS 227 1 UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM PLANO DE ESTUDOS A partir do estudo desta unidade você deverá ser capaz de entender como o genoma humano se organiza e funciona compreender como uma proteína é gerada a partir de um gene e qual o papel do ciclo celular no reparo de mutações conhecer os principais conceitos de reprodução humana e embriogênese formar a base do raciocínio lógico que permitirá a interpretação das apli cações clínicas da genética humana a ser explorada nas unidades poste riores Esta unidade está dividida em três tópicos No decorrer da unidade você encontrará autoatividades com o objetivo de reforçar o conteúdo apresentado TÓPICO 1 INTRODUÇÃO À GENÉTICA TÓPICO 2 REPRODUÇÃO HUMANA E EMBRIOGÊNESE TÓPICO 3 ORGANIZAÇÃO DO GENOMA HUMANO Preparado para ampliar seus conhecimentos Respire e vamos em frente Procure um ambiente que facilite a concentração assim absorverá melhor as informações CHAMADA Olá acadêmico Você já ouviu falar sobre o ENADE Se ainda não ouviu falar nada sobre o ENADE agora você receberá algumas informações sobre o tema Ouviu falar Ótimo este informativo reforçará o que você já sabe e poderá lhe trazer novidades Vamos lá Qual é o significado da expressão ENADE EXAME NACIONAL DE DESEMPENHO DOS ESTUDANTES Em algum momento de sua vida acadêmica você precisará fazer a prova ENADE Que prova é essa É obrigatória organizada pelo INEP Instituto Nacional de Estudos e Pesquisas Educacionais Anísio Teixeira Quem determina que esta prova é obrigatória O MEC Ministério da Educação O objetivo do MEC com esta prova é o de avaliar seu desempenho acadêmico assim como a qualidade do seu curso Fique atento Quem não participa da prova fica impedido de se formar e não pode retirar o diploma de conclusão do curso até regularizar sua situação junto ao MEC Não se preocupe porque a partir de hoje nós estaremos auxiliando você nesta caminhada Você receberá outros informativos como este complementando as orientações e esclarecendo suas dúvidas Você tem uma trilha de aprendizagem do ENADE receberá emails SMS seu tutor e os profissionais do polo também estarão orientados Participará de webconferências entre outras tantas atividades para que esteja preparado para mandar bem na prova ENADE Nós aqui no NEAD e também a equipe no polo estamos com você para vencermos este desafio Conte sempre com a gente para juntos mandarmos bem no ENADE UNIASSELVI 3 TÓPICO 1 UNIDADE 1 INTRODUÇÃO À GENÉTICA 1 INTRODUÇÃO Seja bemvindo ao nosso primeiro tópico da disciplina de Genética Humana e Médica Neste tópico abordaremos alguns conteúdos fundamentais para o entendimento da disciplina como o cariótipo humano os processos de divisão e regulação do ciclo celular e o conceito de célulatronco É importante que você entenda bem esses assuntos iniciais para formar uma base sólida que lhe permita adquirir o conhecimento crítico e aprofundado no qual se objetiva a disciplina Lembrese de que sua participação é fundamental para o seu sucesso então realize as autoatividades propostas no final do tópico e não deixe de procurar os materiais suplementares expostos ao longo dos temas abordados Ao final deste tópico você será capaz de entender os principais componentes estruturais e funcionais de uma célula suas funções básicas as etapas e o funcionamento do ciclo celular e as principais características dos processos de divisão e morte celular Além disso deverá compreender o conceito de cromossomo cariótipo e célulatronco dentre outros assuntos básicos importantes Esperamos que desde este primeiro momento você considere a genética um assunto fascinante e que se divirta ao longo desta jornada Vamos lá 2 VISÃO GERAL DA CÉLULA HUMANA Você sabia acadêmico que o corpo humano é formado por cerca de 10000000000000 10 trilhões de células Esse número enorme de unidades que formam nossos tecidos e órgãos não é constante ou seja nosso corpo está permanentemente perdendo células mortas e dividindo as células existentes para repor aquelas perdidas Além disso cada uma dessas células com exceção das células vermelhas do sangue contém todo o nosso genoma isto é toda a sequência de 32 bilhões de pares de base que formam o nosso material genético VARGAS 2014 Se isso é verdade por que temos diferentes células em nosso corpo Na verdade nossas células diferem quanto a sua aparência e atividade pois cada uma delas ativa apenas alguns tipos de genes A isso damos o nome de expressão gênica Assim a expressão de diferentes subconjuntos de genes impulsiona a divisão a diferenciação e a especialização dos diferentes tipos celulares UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA 4 Como você deve lembrar as células dão origem aos quatro tipos básicos de tecidos humanos epitelial nervoso conjuntivo e muscular os quais por sua vez dão origem aos órgãos LEWIS 2010 A estrutura básica de uma célula pode ser vista na Figura 1 e a função das principais organelas celulares no Quadro 1 FIGURA 1 ESTRUTURA ESQUEMÁTICA DE UMA CÉLULA EUCARIÓTICA FONTE httpplayerslideplayeres113297162dataimagesimg5jpg Acesso em 9 jun 2020 QUADRO 1 ESTRUTURA E FUNÇÃO DAS ORGANELAS CELULARES ESTRUTURA E FUNÇÃO DAS ORGANELAS CELULARES ORGANELA ESTRUTURA FUNÇÃO Núcleo Limitada por uma membrana nuclear contém DNA Controlar a expressão gênica e mediar a replicação do DNA Mitocôndria Dupla membrana membrana interna e externa Produção de energia a partir de nutrientes participação em processos de morte celular Complexo de Golgi Conjunto de compartimentos achatados definidos por membranas Síntese de polissacarídeos centro de armazenamento transformação empacotamento e remessa de substâncias Lisossomo Saco contendo enzimas digestivas Degradar partículas e reciclar conteúdos celulares TÓPICO 1 INTRODUÇÃO À GENÉTICA 5 Retículo endoplasmático Rede de túbulos e vesículas achatadas e interconectadas que se comunicam com o núcleo Síntese e empacotamento de proteínas e lipídios Peroxissomo Saco contendo enzimas Quebra de diversas moléculas participando da desintoxicação celular Ribossomo Duas subunidades globulares associadas de RNA e proteína Participa da síntese proteica Vesícula Saco envolto por uma bicamada lipídica Armazenar e transportar substâncias FONTE Adaptado de Lewis 2010 21 CROMOSSOMOS HUMANOS Você também deve recordar acadêmico que em organismos eucariotos como o homem o material genético é isolado e compartimentalizado no interior de uma organela chamada núcleo Dentro do núcleo possuímos aproximadamente 23 mil genes em 46 cromossomos Como você verá detalhadamente no Tópico 3 desta unidade todas as nossas características são determinadas por esses genes localizados no nosso DNA o qual por sua vez formam os cromossomos LEWIS 2010 SNUSTAD SIMMONS 2017 Em nível estrutural as principais partes de um cromossomo serão descritas a seguir e podem ser observadas na Figura 2 Cromatídes resultado da duplicação de um cromossomo é cada um dos dois filamentos de DNA Centrômero região onde as cromátidesirmãs entram em contato ou seja local onde o cromossomo é dividido em dois braços Telômeros localizados nos extremos dos cromossomos são estruturas constituídas por fileiras repetitivas e protegem o DNA FIGURA 2 ESTRUTURA DE UM CROMOSSOMO FONTE httptwixarmexRWm Acesso em 9 jun 2020 UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA 6 Os cromossomos são classificados de acordo com a posição dos centrômeros da seguinte forma melhor observada na Figura 3 Metacêntrico o centrômero é central logo os dois braços dos cromossomos possuem o mesmo tamanho Submetacêntrico o centrômero fica um pouco deslocado da região central por isso os braços têm tamanhos diferentes Acrocêntrico o centrômero fica localizado mais próximo de uma das extremidades e por conta disso um dos braços fica bem maior que o outro Telocêntrico o centrômero fica localizado em uma das extremidades e o cromossomo passa a ter apenas um braço FIGURA 3 CLASSIFICAÇÃO DOS CROMOSSOMOS DE ACORDO COM A POSIÇÃO DO CEN TRÔMERO FONTE httpsimageslidesharecdncomncleo120606064756phpapp0195ncleo71024 jpgcb1338965391 Acesso em 9 jun 2020 22 CARIÓTIPO HUMANO Com relação ao número de cromossomos nosso corpo possui dois tipos de células as células diploides e as células haploides Nossas células somáticas aquelas responsáveis por formar tecidos e órgãos possuem dois conjuntos cromossômicos organizados em 23 pares formando um número diploide 2n de 46 cromossomos Esse conjunto é chamado de cariótipo Dos 23 pares de cromossomos que formam o cariótipo humano 22 são semelhantes tanto no homem quanto na mulher e são chamados de autossômicos O par restante é chamado de cromossomos sexuais possuem morfologia diferenciada e determinam o sexo do indivíduo XX se for mulher e XY se for homem BORGESOSORIO ROBINSON 2013 TÓPICO 1 INTRODUÇÃO À GENÉTICA 7 Cada par autossômico numerado de 1 a 22 possui dois cromossomos iguais quanto ao tamanho e formato e com os mesmos genes chamados de cromossomos homólogos Um deles é derivado do gameta materno o oócito ovócito e o outro do gameta paterno o espermatozoide O oócito e o espermatozoide são células especiais chamadas células reprodutivas germinativas ou gametas e são as únicas células haploides n do nosso corpo ou seja possuem apenas um conjunto cromossômico A presença da metade dos cromossomos 23 garante que após a fecundação dos gametas 23 cromossomos do oócito 23 cromossomos do espermatozoide o número de cromossomos diploide 46 seja restabelecido Como você verá a seguir as células somáticas se dividem por um processo chamado mitose e as células germinativas por outro processo chamado meiose SNUSTAD SIMMONS 2017 Na Figura 4 você pode observar as principais características das células somáticas e germinativas e também um cariótipo humano de um indivíduo do sexo masculino FIGURA 4 CÉLULAS SOMÁTICAS E GERMINATIVAS E CARIÓTIPO HUMANO FONTE Adaptado de httpwwwworksheetocompostkaryotypeworksheetanswersbiolo gy203722 Acesso em 9 jun 2020 UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA 8 Os alelos são as formas alternativas de um determinado gene e ocupam um mesmo loco em cromossomos homólogos Existem dois termos que diferenciam os alelos que estão presentes em um indivíduo e aqueles que são expressos O genótipo refere se à informação genética do indivíduo ou seja aos alelos existentes Já o fenótipo é a expressão do genótipo ou seja é o traço visível a mudança bioquímica ou o efeito na saúde alelos expressos Os alelos são diferenciados pelo número de cópias necessárias para afetar o fenótipo Um alelo dominante tem efeito quando presente em apenas uma cópia em um cromossomo Já um alelo recessivo deve estar presente em ambos os cromossomos para ser expresso MENCK SLUYS 2017 NOTA FONTE httpsi0wpcomtrabalhosparaescolacombrwpcontentuploads201902 genotipoefenotipojpegfit6002C283ssl1 Acesso em 9 jun 2020 FENÓTIPO E GENÓTIPO 3 CICLO CELULAR REGULAÇÃO E APOPTOSE Agora acadêmico iremos primeiramente apresentar a você o ciclo celular de uma célula somática Em seguida apresentaremos o conceito de célula tronco e discutiremos sobre mitose e meiose de células germinativas O ciclo celular descreve se uma célula está se dividindo mitose ou não intérfase A interfase é o período entre duas mitoses ou seja é o período no qual a célula não está se dividindo e sim realizando suas funções ou reunindo as condições necessárias para realizar a divisão ABBAS DUTTA 2009 Ela é dividida em duas fases de intervalo chamadas gap1 G1 e gap2 G2 e uma fase de síntese S Na Figura 5 você pode observar um esquema representativo do ciclo celular com as fases da intérfase e da mitose Segundo a figura na fase G1 ocorre a preparação para a divisão com aumento do volume celular condensação dos cromossomos e produção de proteínas que serão essenciais para a nova célula Na fase S ocorre a síntese de novo DNA de forma que a célula duplica o seu número de cromossomos Nós discutiremos detalhadamente os processos de replicação do DNA no Tópico 3 desta unidade Finalmente após a replicação do TÓPICO 1 INTRODUÇÃO À GENÉTICA 9 DNA iniciase a fase G2 durante a qual a célula duplica seus centríolos organelas que serão necessárias durante a divisão e sintetiza componentes necessários para a mitose por exemplo o fuso mitótico LEWIS 2010 FONTE Snustad e Simmons 2017 p 50 FIGURA 5 CICLO CELULAR DIVIDIDO EM INTÉRFASE E MITOSE O ciclo celular é altamente regulado O termo checkpoint ou pontos de checagem referese aos mecanismos pelos quais a célula bloqueia de forma ativa o ciclo celular até que um processo como a replicação do DNA ou a mitose ocorra de forma completa e sem erros Durante o ciclo celular são reconhecidos três pontos de bloqueio principais em G1 antes de a célula entrar na fase S do ciclo em G2 antes de a célula entrar em mitose e durante a metáfase KASTAN BARTEK 2004 Se durante o processo de divisão celular ocorre um erro como uma mutação por exemplo os pontos de checagem bloqueiam o ciclo celular para permitir que proteínas especiais reparem o dano e assim garantir que as célulasfilhas não serão prejudicadas Quando o dano não pode ser reparado a célula em um processo de morte regulada chamado de apoptose conhecido como suicídio celular A apoptose é um tipo de morte celular que ocorre de forma natural durante toda a vida de um organismo Ela envolve alterações morfológicas características como diminuição do volume do núcleo e da célula fragmentação do DNA e invaginações na membrana plasmática chamadas blebs que separam os fragmentos celulares em corpos apoptóticos Essas estruturas são reconhecidas pelo sistema imune e resultam na eliminação das células danificadas sem gerar uma intensa resposta inflamatória KERR WYLLIE CURRIE 1972 LI GALLUZZI et al 2018 É importante ter em mente acadêmico que o equilíbrio entre divisão e morte celular mantém o número adequado de células permite que estruturas UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA 10 cresçam durante nosso desenvolvimento e impedem o crescimento celular anormal como acontece em tumores Algumas características morfológicas da apoptose podem ser observadas na Figura 6 FONTE Adaptado de httpsimageslidesharecdncomapoptosis121108135829phpapp0195 apoptosis31024jpgcb1352383200 Acesso em 9 jun 2020 FIGURA 6 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DA APOPTOSE Apesar de o termo morte celular soar como algo ruim em muitos casos é importante que algumas células do nosso corpo possam morrer de forma controlada Por exemplo você já se perguntou como seus dedos foram formados Durante a vida intrauterina as células entre os seus dedos foram instruídas a morrer permitindo que seus dedos fossem formados Que bom que elas fizeram isso caso contrário você poderia ter mãos ou pés com membranas entre os dedos por exemplo INTERESSANTE FONTE httptwixarmeKYWm Acesso em 9 jun 2020 FORMAÇÃO DOS DEDOS 31 MITOSE CELULAR A mitose acadêmico é o processo de divisão celular no qual uma célula mãe se divide em duas célulasfilhas geneticamente idênticas e com o mesmo número de cromossomos 46 Como você viu na Figura 5 ela é dividida em cinco fases prófase metáfase anáfase telófase e citocinese ALMEIDA et al 2005 PIERCE 2016 TÓPICO 1 INTRODUÇÃO À GENÉTICA 11 Durante a prófase o primeiro estágio da mitose o DNA já foi duplicado durante a fase de síntese da intérfase Cada cromossomo consiste então em duas subunidades paralelas as cromátides unidas por uma região estreita comum aos dois chamada de centrômero Na prófase ocorre a condensação do DNA o que resulta no encurtamento e engrossamento dos cromossomos e permite que eles se separem mais facilmente A membrana nuclear se rompe e ocorre a formação do fuso mitótico Na metáfase os cromossomos duplicados se anexam ao fuso mitótico pelos centrômeros e se alinham na região central ou equador da célula Em seguida na anáfase a membrana plasmática começa a sofrer invaginações no centro da célula onde os cromossomos da metáfase se alinharam Os centrômeros se partem liberando as duas cromátides e dividindo os cromossomos seguida pela migração das cromátides para os polos opostos do fuso SNUSTAD SIMMONS 2017 Após a divisão do material nuclear na telófase os cromossomos se desenovelam a membrana nuclear é novamente formada e ocorre a citocinese divisão do citoplasma finalizando o ciclo de replicação Cada célulafilha recebe metade do material cromossômico duplicado e dessa maneira elas mantêm o mesmo número de cromossomos da célulamãe 46 LEWIS 2010 As fases detalhadas da mitose estão descritas na Figura 7 FONTE httpsaulazencomwpcontentuploads201606jogodamitosejpg Acesso em 9 jun 2020 FIGURA 7 ETAPAS DA MITOSE UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA 12 32 MEIOSE CELULAR A meiose acadêmico é o processo que reduz o estado diploide de 46 cromossomos para o estado haploide de 23 cromossomos isto é reduz pela metade o número de cromossomos de uma célula As células haploides resultantes dão origem aos gametas humanos espermatozoide no homem e oócito na mulher Se você pensar a respeito a meiose é um processo essencial para a vida humana Se não tivéssemos a divisão do número de cromossomos e a formação de gametas haploides cada uma dessas células teria 46 cromossomos como todos os nossos outros tipos celulares Assim quando o espermatozoide de 46 cromossomos se unisse ao óvulo também com 46 daria origem a uma célula de 92 cromossomos o que é incompatível com a vida humana Além de produzir gametas haploides a meiose possui outra característica fundamental ela permite a variabilidade genética É possível por exemplo que uma pessoa produza um gameta contendo alelos para cabelos loiros e olhos azuis e outro gameta com alelos para cabelos e olhos castanhos A meiose explica por exemplo porque irmãos possuem características diferentes entre si Mas como isso acontece Como vimos anteriormente os cromossomos de uma célula diploide se apresentam em pares um de origem materna e outro de origem paterna Você lembra como são chamados os membros de um par de cromossomos Eles são chamados de cromossomos homólogos Cromossomos homólogos possuem os mesmos genes mas diferentes alelos ou variantes de um mesmo gene Durante a meiose os cromossomos homólogos se associam e essa é a base do processo que reduz o número de cromossomos ao estado haploide e permite a variação genética LEWIS 2010 SNUSTAD SIMMONS 2017 MENCK SLUYS 2017 Da mesma forma que acontece com a mitose acadêmico a duplicação cromossômica associada à síntese de DNA ocorre antes da primeira divisão durante a fase de síntese da intérfase como você viu nos tópicos anteriores Porém diferentemente da mitose o processo de meiose conta com duas divisões celulares a meiose I chamada de divisão de redução pois reduz o número de cromossomos duplicados de 46 para 23 e a meiose II chamada divisão equacional que produz quatro células a partir das duas células formadas na primeira divisão separando os cromossomos duplicados Agora veremos detalhadamente cada fase da meiose 321 Meiose I Após a interfase na prófase I prófase da meiose I os cromossomos começam a se condensar e os homólogos se alinham um ao lado um do outro gene por gene em um evento chamado sinapse Neste momento os cromossomos homólogos trocam pedaços do seu DNA em um processo chamado cruzamento ou do inglês crossing over Figura 8 Após o crossing over cada cromossomo que antes continha genes de apenas um dos pais passa a apresentar genes de ambos os TÓPICO 1 INTRODUÇÃO À GENÉTICA 13 progenitores O resultado disso é o surgimento de novas combinações genéticas Por exemplo pense novamente que um dos progenitores possui alelos para cabelos loiros e olhos azuis enquanto o outro possui alelos para cabelos e olhos castanhos Após o crossing over e a mistura de genes é possível ter cromossomos contendo além dos alelos originais alelos para cabelos loiros e olhos castanhos e alelos para cabelos castanhos e olhos azuis por exemplo Como a prófase I é uma fase bastante complexa ela é dividida em cinco fases leptóteno zigóteno paquíteno diplóteno e dia cinese BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 Leptóteno início da condensação dos cromossomos Zigóteno início do pareamento dos cromossomos chamada de sinapse Paquíteno ocorre o crossing over também chamado de permutação gênica que aumenta a variabilidade genética Diplóteno os cromossomos pareados começam a se separar porém a região onde houve crossing over continua em estreito contato Esses pontos de contato são chamados de quiasmas Diacinese a carioteca membrana do núcleo se rompe os cromossomos se condensam ainda mais e se ligam pelos centrômeros ao fuso mitótico Em seguinda na metáfase I os cromossomos homólogos agora com material genético recombinado se alinham no centro da célula placa metafásica Durante a anáfase I os cromossomos homólogos são separados e migram para os polos opostos da célula reduzindo o número de cromossomos pela metade em um processo chamado disjunção cromossômica No estágio final a telófase I o fuso se desfaz as célulasfilhas são separadas por membranas os cromossomos são descondensados e um núcleo se forma ao redor dos cromossomos de cada nova célula Como você pode observar na Figura 9 as células produzidas na meiose I contêm um número haploide de cromossomos mas cada um deles ainda tem duas cromátidesirmãs que não são geneticamente idênticas pois trocaram material com seus pares durante a prófase I SNUSTAD SIMMONS 2017 FONTE httpsptstaticzdnnetfilesddd084d897527ac8d01b4ec78f2a555ada0jpg Acesso em 9 jun 2020 FIGURA 8 REPRESENTAÇÃO DO CROSSING OVER COM A TROCA DE MATERIAL GENÉTICO QUE GARANTE A VARIABILIDADE GENÉTICA UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA 14 FONTE Snustad e Simmons 2017 p 56 FIGURA 9 ETAPAS DA MEIOSE I 322 Meiose II As etapas da meiose II são muito semelhantes às etapas da mitose enquanto a meiose I tem como objetivo separar os cromossomos homólogos a meiose II assim como a mitose busca separar as cromátides irmãs Como vimos no item anterior as células que iniciam a meiose II são células haploides originadas na meiose I com apenas um cromossomo de cada par mas ainda contendo duas cromátides irmãs Assim como mostra a Figura 10 durante a prófase II prófase da meiose II os cromossomos se condensam a carioteca é rompida e as duas cromátides irmãs se ligam a lados opostos do fuso mitótico Na metáfase II os cromossomos se deslocam até o plano equatorial da célula e na anáfase II seus centrômeros se dividem para que as cromátidesirmãs possam se separar e seguir até os polos opostos da célula Este processo é chamado de disjunção das cromátides Finalmente durante a telófase II a membrana nuclear se forma novamente ao redor das cromátides separadas que passam a ser chamadas de cromossomos LEWIS 2010 VARGAS 2014 PIERCE 2016 Em humanos o produto final da meiose são os espermatozoides e o ovócito oócito que você verá com mais detalhes no Tópico 2 desta unidade No Quadro 2 você pode observar e comparar as principais características da mitose e da meiose TÓPICO 1 INTRODUÇÃO À GENÉTICA 15 FONTE Snustad e Simmons 2017 p 56 FONTE Adaptado de httpswwwdiferencacommitoseemeiose Acesso em 9 jun 2020 FIGURA 10 ETAPAS DA MEIOSE II QUADRO 2 DIFERENÇAS ENTRE A MITOSE E A MEIOSE MITOSE MEIOSE DEFINIÇÃO Processo de divisão celular em que uma célula se divide em duas réplicas idênticas Processo de produção dos gametas humanos OCORRÊNCIA Células somáticas Células germinativas NÚMERO DE DIVISÕES Ocorre apenas uma divisão Ocorrem duas divisões meiose I e II NÚMERO DE CÉLULASFILHAS Origina duas célulasfilhas com o mesmo número de cromossomos da célulamãe 46 Origina quatro célulasfilhas com metade dos cromossomos da célulamãe 23 COMPOSIÇÃO GENÉTICA A informação genética das células filhas é idêntica à célulamãe Há variabilidade genética devido ao crossing over FASES DA DIVISÃO Prófase Metáfase Anáfase Telófase Prófase I Metáfase I Anáfase I Telófase I Prófase II Metáfase II Anáfase II Telófase II CRUZAMENTO GENÉTICO Não há emparelhamento de cromossomos homólogos nem crossing over logo nenhuma recombinação ocorre Há emparelhamento de cromossomos homólogos e crossing over que resulta em recombinação genética FUNÇÃO Crescimento e regeneração de tecidos cicatrização divisões do zigoto durante o desenvolvimento embrionário Diversidade genética através da reprodução sexual formação dos gametas DIVISÃO DOS CENTRÍOLOS Os centríolos dividemse durante a anáfase Durante a anáfase II CITOCINESE Ocorre na telófase Ocorre na telófase I e na telófase II UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA 16 O YouTube conta com diversas videoaulas sobre mitose e meiose que podem ajudálo a fixar e visualizar melhor este conteúdo Por exemplo acesse o canal Brasil Escola pelo endereço httpswwwyoutubecomMaisBiologiaRoger e procure por mitose e meiose DICAS 33 CÉLULASTRONCO Você já deve ter ouvido falar em célulastronco acadêmico mas você sabe o que elas são e por que são tão importantes As célulastronco são muito raras e especiais e se diferenciam de todos os outros tipos celulares por apresentarem três características importantes Em primeiro lugar são células não especializadas ou indiferenciadas Isso significa que elas não são capazes de desempenhar funções de células normais do nosso corpo como bombear sangue como uma célula da musculatura cardíaca ou carregar oxigênio como uma hemácia No entanto justamente por serem indiferenciadas elas são capazes de dar origem a células altamente especializadas como as células cardíacas e nervosas Essa é a segunda característica importante das célulastronco em determinadas circunstâncias elas podem ser induzidas a se diferenciar dando origem a células maduras especializadas Finalmente a terceira característica importante das célulastronco é que elas são capazes de se renovar inúmeras vezes através da divisão celular mesmo após longos períodos de inatividade SNUSTAD SIMMONS 2017 Existem basicamente dois tipos de célulastronco célulastronco embrionárias e célulastronco não embrionárias também chamadas de somáticas ou adultas como pode ser visto na Figura 11 As célulastronco embrionárias são obtidas do zigoto resultante da fertilização do oócito pelo espermatozoide Esse zigoto tem a incrível capacidade de originar absolutamente todas as células do nosso organismo e de dar origem a um indivíduo completo Devido às suas propriedades regenerativas originais essas células têm potencial para tratar inúmeras doenças como diabetes doença cardíaca e doenças genéticas No entanto como são obtidas de embriões humanos existem questões éticas envolvidas que atrasam o desenvolvimento de pesquisas científicas nessa área As célulastronco adultas por outro lado estão presentes em praticamente todos os tecidos após o nascimento e ao longo da vida adulta São responsáveis por substituir células que morrem tanto por processos fisiológicos desgaste ou lesão quanto patológicos Uma limitação das célulastronco adultas é que elas geralmente dão origem a células especializadas do tecido nas quais residem TÓPICO 1 INTRODUÇÃO À GENÉTICA 17 Por exemplo uma célulatronco hematopoiética na medula óssea é capaz de dar origem a todas as células sanguíneas mas não a uma célula de um tecido diferente como uma célula nervosa ou muscular BORGESOSÓRIO 2013 VISINTIN et al 2013 FONTE httpswwwcoladawebcommedicinaeenfermagemcelulastronco Acesso em 9 jun 2020 FIGURA 11 CÉLULATRONCO EMBRIONÁRIA E CÉLULATRONCO ADULTA HEMATOPOIÉTICA Além de serem divididas quanto a sua origem em embrionárias ou adultas as célulastronco podem ser divididas em relação a sua plasticidade ou seja em relação a sua capacidade de se diferenciar em totipotentes pluripotentes e multipotentes A origem e as principais características de cada tipo estão descritas no Quadro 3 QUADRO 3 CLASSIFICAÇÃO DAS CÉLULASTRONCO HUMANAS QUANTO AO SEU POTENCIAL DE DIFERENCIAÇÃO FONTE httpswwwcoladawebcomwpcontentuploads20141220170313celulatronco3 jpg Acesso em 9 jun 2020 UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA 18 Para conhecer mais sobre as célulastronco e seu incrível potencial terapêutico visite o site httpssaudeigcombrcelulastronco Caso você se interesse em aprofundar o assunto também recomendamos o livro Células tronco ciência tecnologia e ética escrito por Alice Teixeira Ferreira Jerônimo Pereira de França e Karolyn Sassi Ogliari DICAS CAPA DO LIVRO CÉLULASTRONCO CIÊNCIA TECNOLOGIA E ÉTICA FONTE httpsimagesnasslimagesamazoncomimagesI91kW63DpoLjpg Acesso em 9 jun 2020 19 Neste tópico você aprendeu que As células contêm dentro do núcleo todo o nosso genoma ou seja toda a sequência de informações que formam o material genético organizado em 46 cromossomos Esse conjunto de cromossomos é chamado de cariótipo Um cromossomo é formado por braços unidos pelo centrômero e possui regiões chamadas telômeros em suas extremidades Eles são classificados de acordo com a posição do centrômero em metacêntrico submetacêntrico acrocêntrico e telocêntrico Nossas células somáticas possuem 23 pares de cromossomos totalizando um número diploide 2n de 46 Os 22 pares comuns em homens e mulheres são chamados de autossômicos e o par restante é chamado de cromossomos sexuais As células germinativas oócito ou espermatozoide são nossas únicas células haploides n ou seja possuem a metade do número de cromossomos 23 Cromossomos homólogos são os pares de cromossomos herdados do pai e da mãe e possuem informações genéticas semelhantes O ciclo celular diz se uma célula está se dividindo mitose ou não intérfase É um processo regulado por pontos de checagem que garantem a duplicação correta da célula Quando isso não acontece a célula recebe um sinal de morte apoptose A mitose é o processo de divisão celular no qual uma célulamãe se divide em duas célulasfilhas geneticamente idênticas e com o mesmo número de cromossomos 46 Ela é dividida em prófase metáfase anáfase telófase e citocinese A meiose é o processo que reduz o estado diploide de 46 cromossomos para o estado haploide de 23 cromossomos e dá origem aos gametas É dividida em meiose I e II e é na prófase I que ocorre o crossing over um fenômeno em que os cromossomos homólogos pareados trocam materiais genéticos entre si Célulastronco são células indiferenciadas capazes de autorrenovação e de se diferenciar em células maduras especializadas Podem ter origem embrionária ou adulta e são divididas em totipotentes pluripotentes e multipotentes RESUMO DO TÓPICO 1 20 1 Todas as células eucarióticas têm dentro de si uma variedade de estruturas chamadas organelas responsáveis pelas diferentes funções necessárias para a manutenção do metabolismo celular Sobre as organelas humanas citadas a seguir associe cada uma a sua principal função descrita na segunda coluna Organela I Lisossomo II Retículo endoplasmático rugoso III Núcleo IV Retículo endoplasmático liso V Complexo de Golgi VI Mitocôndria VII Peroxissomo Função Síntese de lipídios Contém DNA Produção de energia Digere restos celulares Desintoxicação celular Síntese de proteínas Secreção e armazenamento Assinale a sequência correta a I V IV II VI VII III b IV III VI I VII II V c VII III VI IV I V II d V II III VII I IV VI 2 Os cromossomos são constituídos por moléculas de DNA associadas a proteínas A respeito das características dos cromossomos humanos marque V para as sentenças verdadeiras e F para as falsas A extremidade do cromossomo é uma região chamada telômero e está associada ao envelhecimento celular Cromossomos homólogos são cópias unidas de um cromossomo recém duplicado As células somáticas possuem 46 cromossomos e as células germinativas 23 Nos cromossomos acrocêntricos o centrômero está localizado no meio do cromossomo AUTOATIVIDADE 21 Assinale a sequência correta a V F V V b F V F V c V F V F d F V V F 3 O cariótipo é o conjunto de cromossomos de um indivíduo Analisando o cariótipo de uma pessoa podemos obter várias informações como por exemplo se se trata de um homem ou uma mulher O que devemos observar em um cariótipo para afirmar que um indivíduo é um homem com cariótipo normal a A presença do cromossomo X pois esse é cromossomo que determina o sexo masculino b A ausência do cromossomo X pois esse cromossomo é típico do sexo feminino c A presença de 47 cromossomos sendo um cromossomo Y d A presença de um cromossomo Y pois indivíduos do sexo masculino apresentam como cromossomos sexuais o X e o Y e A presença de 46 cromossomos e um cromossomo Y 4 Como reconhecimento de seus trabalhos pioneiros relacionados ao ciclo celular Leland H Hartwell Tim Hunt e Paul Nurse receberam o Prêmio Nobel de Medicina e Fisiologia em 2001 Sabemos que o ciclo celular pode ser dividido em duas etapas distintas a interfase e a divisão celular Sobre a interfase marque a alternativa correta I Ela pode ser dividida em três etapas G1 G2 e G3 II Podemos definir essa etapa como um período entre duas divisões celulares III Em G1 ocorre a duplicação do DNA IV A célula em G1 possui metade da quantidade de DNA comparada à G2 V A apoptose é um processo de morte que acontece em casos de erros detectados nos pontos de checagem e é sempre patogênica Estão corretas as alternativas a I IV e V b II e IV c II e III d III IV e V 5 O processo de divisão celular é parte integrante do ciclo celular Nas células somáticas a divisão ocorre por mitose a qual é dividida em quatro fases A partir das afirmativas a seguir relacione os estágios da mitose com suas características principais 22 Anáfase Metáfase Telófase Prófase I Os cromossomos se unem ao fuso e se posicionam no centro da célula II Ocorre a separação das duas cromátidesirmãs de cada par Cada cromatina se torna um cromossomo completamente pronto Os dois cromossomos filhos liberados começam a se mover em direção às extremidades opostas da célula III Dois núcleosfilhos se formam na célula Os cromossomos se tornam menos condensados IV O envelope nuclear se fragmenta os cromossomos se tornam mais condensados e ocorre a formação do fuso mitótico A sequência correta é a II I III IV b I II III IV c IV I II III d III IV I II 23 TÓPICO 2 UNIDADE 1 REPRODUÇÃO HUMANA E EMBRIOGÊNESE 1 INTRODUÇÃO Bemvindo acadêmico ao Tópico 2 da primeira unidade do livro de Genética Humana e Médica Neste tópico iremos abordar brevemente alguns conceitos importantes sobre reprodução humana e também sobre as etapas de formação do embrião Aqui você será capaz de utilizar os conhecimentos adquiridos no tópico anterior sobre mitose meiose ciclo celular e célulastronco para entender como esses conceitos se aplicam fisiologicamente à formação do indivíduo Como você deve imaginar um dos princípios fundamentais da biologia é que toda vida é proveniente de seres vivos o que envolve a capacidade dos organismos de se reproduzirem para a conservação da espécie Assim reprodução humana é o processo que envolve a formação de novos indivíduos e envolve a combinação de genes de dois indivíduos progenitores em novos arranjos o que chamamos de recombinação gênica Você aprendeu também que a mitose é o processo de formação dos gametas masculino e feminino cada um deles contento 23 cromossomos Agora você irá entender como célulastronco embrionárias dão origem às células germinativas masculina e feminina e como elas se diferenciam para formar os gametas maduros Além disso você aprenderá como o DNA haploide resultado da gametogênese será unido no processo de fecundação para a formação do zigoto que dará origem a um novo ser multicelular Esse processo de evolução a partir de uma única célula até o surgimento dos primórdios dos órgãos as primeiras oito semanas do desenvolvimento humano é denominado embriogênese às vezes chamado de organogênese Finalmente você irá enteder que o novo indivíduo gerado é resultado da combinação particular de genes de ambos os pais e não uma cópia genética de um simples indivíduo e que isso oferece à espécie humana melhorias que lhe permitem sobreviver melhor que as gerações anteriores Vamos juntos entender como tudo isso ocorre 24 UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA 2 ESPERMATOGÊNESE A espermatogênese acadêmico é o nome dado à formação dos gametas masculinos células haploides chamadas espermatozoides a partir de uma célulatronco diploide chamada espermatogônia Em seres humanos o tempo necessário para a espermatogônia se desenvolver em um espermatozoide maduro é de aproximadamente 74 dias e cerca de 300 milhões de espermatozoides são produzidos diariamente LEWIS 2010 Os testículos são as glândulas produtoras dos espermatozoides que até serem ejaculados são banhados por secreções provenientes das glândulas anexas do aparelho reprodutor A unidade fundamental do testículo é o túbulo seminífero que é formado por dois tipos de células células de sustentação ou de Sertoli e células da linhagem germinativa A partir da puberdade devido a ação de hormônios como o FSH e a testosterona as células germinativas se dividem por mitose dando origem a duas célulasfilhas Uma das célulasfilhas continua a se especializar até se tornar um espermatozoide maduro e a outra continua sendo uma célulatronco capaz de se autorrenovar e produzir continuamente novos gametas As células de Sertoli por sua vez além da função de sustentação criam o microambiente ideal para que a espermatogênese possa acontecer SADLER 2013 Na Figura 12 você pode observar um esquema do sistema reprodutor masculino e o local de formação dos espermatozoides FIGURA 12 SISTEMA REPRODUTOR MASCULINO FONTE Adaptado de httpsptslidesharenetsandrasoeirosistemareprodutormasculinoefe minino2ciclo Acesso em 9 jun 2020 As espermatogônias células precursoras dos espermatozoides são células arredondadas com um diâmetro de aproximadamente 12 μm e núcleos arredondados ou ovoides Existem diferentes tipos de espermatogônias que podem ser distinguidas de acordo com sua morfologia e destino na linhagem espermatogênica As células mais imaturas com capacidade de autorrenovação são chamadas de espermatogônia do tipo A enquanto que aquelas já comprometidas a se tornarem espermatozoides são chamadas de espermatogonia do tipo B SADLER 2013 TÓPICO 2 REPRODUÇÃO HUMANA E EMBRIOGÊNESE 25 Em intervalos regulares diante de estímulos hormonais a espermatogênese é iniciada a partir de uma célulatronco germinativa que dá origem a uma espermatogônia do tipo A As células do tipo A sofrem um número limitado de divisões mitóticas para formar clones de si mesmas A última divisão celular produz espermatogônias do tipo B o que caracteriza o período germinativo da espermatogênese Na fase de crescimento a espermatogônia do tipo B forma o espermatócito primário célula que inicia então a fase de maturação Os espermatócitos primários que ainda são células diploides 2n entram em uma prófase prolongada 22 dias seguida pelo término rápido da meiose I e pela formação de espermatócitos secundários Durante a segunda divisão meiótica essas células imediatamente formam as espermátides haploides n GARCIA GARCIA FERNÁNDEZ 2012 Finalmente o processo de transformação da espermátide em espermatozoide é chamado de períodode diferenciação ou espermiogenese Todas essas fases podem ser visualizadas na Figura 13 FIGURA 13 ETAPAS DA ESPERMATOGÊNESE FONTE httpsstaticbiologianetcomconteudoimages201808espermatogenesejpg Aces so em 9 jun 2020 A espermiogênese acadêmico é a série de alterações morfológicas que as espermátides sofrem para se transformar de uma célula de formato circular a uma célula com motilidade como o espermatozoide Essas mudanças estão ilustradas na Figura 14 e descritas a seguir GARCIA GARCIA FERNÁNDEZ 2012 O complexo de Golgi forma o acrossomo uma estrutura que cobre metade de toda a superfície nuclear e que contém as enzimas que auxiliam o espermatozoide a penetrar no ovócito durante a fertilização 26 UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA Ocorre perda de parte do citoplasma e organelas desnecessárias que são fagocitadas pelas células de Sertoli O núcleo se condensa e a cromatina se torna inativa e extremamente compacada As mitocôndrias migram para a base do flagelo onde formam um agregado responsável pela produção de energia necessária para a motilidade celular Ocorrem modificações no formato celular com formação de duas regiões principais a cabeça e a cauda Na cabeça localizamse o núcleo e o acrossomo já a cauda é formada pela peça intermediária e pela cauda FONTE httpspontobiologiacombrwpcontentuploads201707219768x442jpg Acesso em 9 jun 2020 FIGURA 14 ESPERMIOGÊNESE Finalmente quando estão completamente formados os espermatozoides entram no lúmen do túbulo seminífero do testículo A partir daí são empurrados em direção ao epidídimo e liberados durante a ejaculação É importante lembrar acadêmico que embora o espermatozoide esteja morfologicamente pronto ao ser ejaculado ele ainda não está apto a fecundar Isso porque a sua passagem pelos órgãos genitais femininos é uma etapa fundamental para capacitálo a realizar a fecundação LEWIS 2010 TÓPICO 2 REPRODUÇÃO HUMANA E EMBRIOGÊNESE 27 3 OVOGÊNESE A ovogênese é a formação dos gametas femininos os ovócitos a partir de uma célula precursora diploide chamada ovogônia Assim como a espermatogênese a ovogênese é dividida em fases fase germinativa ou de multiplicação fase de crescimento e fase de maturação No entanto diferente da espermatogênese que só se inicia após o nascimento a ovogênese já começa no período intrauterino GARCIA GARCIA FERNÁNDEZ 2012 A ovogênese acontece nos ovários e antes de começarmos a explicar cada uma das suas etapas você pode relembrar um pouco sobre a anatomia feminina na Figura 15 FIGURA 15 SISTEMA REPRODUTOR FEMININO FONTE Adaptado de http2bpblogspotcom6WuLojOqvUYUiwOBjWKy1IAAAAAAAAAFQ K8g006PSvBcs640anatomisistemreproduksiwanitajpg Acesso em 9 jun 2020 Como vimos na ovogênese a fase de multiplicação iniciase no período embrionário quando as células germinativas primordiais se dividem por mitoses para originar as ovogônia Essas células continuam a se multiplicar metodicamente formando novas ovogônias sempre diploides Do terceiro ao sétimo mês do desenvolvimento embrionário estimase existir cerca de sete milhões de ovogônias Muitas delas se degeneram mas algumas iniciam um processo de divisão meiótica e passam a ser chamadas de ovócitos primários Os ovócitos primários junto com as células epiteliais adjacentes são chamados de folículos primordiais Finalizase assim o processo de multiplicação das ovogônias ainda na vida fetal SADLER 2013 Iniciase então a fase de crescimento quando os ovócitos primários começam a primeira divisão da meiose A divisão é interrompida no diplóteno da prófase I e essa parada pode se prolongar por anos e até décadas até a menina entrar na puberdade Ao nascimento uma menina tem em seus ovários cerca de 300000 a 400000 ovócitos primários Nesse momento todos os folículos são primordiais isto é o ovócito está rodeado por apenas uma camada de células foliculares 28 UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA Na puberdade o número de ovócitos reduzirá para praticamente 08 e destes menos de 500 0006 serão ovulados Durante a infância os ovários permanecem inativos e os ovócitos primários estão em repouso na prófase I Neste período de pausa as células aumentam a sua massa citoplasmática e armazenam substâncias de reserva LEWIS 2010 Na oogênese a fase de maturação só se inicia quando a mulher atinge a maturidade sexual isto é na puberdade Durante cada ciclo menstrual devido à influência dos hormônios sexuais certo número de folículos primordiais começa a crescer e o ovócito primário reinicia e completa a primeira divisão da meiose A divisão do ovócito primário forma duas células haploides de tamanhos diferentes pois a divisão do citoplasma ocorre de forma desigual A célula maior é chamada de ovócito secundário e a menor é chamada de primeiro corpúsculo polar O ovócito secundário então completa a segunda divisão da meiose e originará duas outras células haploides também desiguais em tamanho A maior denominada ovoide se transformará no óvulo e a menor denominase segundo corpúsculo polar A fase de maturação realmente se completará se o ovócito secundário na metáfase II da meiose ao ser liberado pelo ovário durante a ovulação e captado pela trompa for fecundado pelo espermatozoide Se isso acontecer o óvulo fecundado dará origem ao zigoto e posteriormente ao embrião Caso este fenômeno não ocorra o óvulo passa a ser chamado corpo lúteo GARCIA GARCIA FERNÁNDEZ 2012 Na Figura 16 você poderá acompanhar cada uma das etapas da ovogênese e a seguir descreveremos mais detalhadamente os principais tipos de folículos Folículos primordiais são os mais abundantes e são formados na vida embrionária Neste tipo de folículo o ovócito I está envolvido por apenas uma camada de células epiteliais A meiose está estacionada em prófase I e assim permanece até o início da vida fértil da mulher quando a cada ciclo menstrual alguns folículos primordiais começam a se desenvolver Folículos primários a cada ciclo um grupo de 25 a 30 folículos começa o seu crescimento Quando o ovócito é estimulado por hormônios as células foliculares que o envolvem começam a aumentar de tamanho e passam à forma cúbica originando os folículos primários Folículo secundário conforme o folículo cresce e o ovócito matura ele adquire novas camadas de células epiteliais até tornarse um folículo maduro chamado de folículo de Graaf pronto para liberar o ovócito secundário durante a ovulação Corpo lúteo após a ovulação o que resta do folículo isto é as células foliculares que permanecem no ovário dão origem ao corpo lúteo O corpo lúteo produz progesterona e estrógeno que atuam sobre a mucosa uterina preparando o útero para receber o embrião Quando não ocorre a fecundação o corpo lúteo persiste durante a segunda metade do ciclo menstrual e em seguida por falta do hormônio LH ele degenera a parede uterina descama e ocorre a menstruação Se houver fecundação o corpo lúteo aumenta e secreta progesterona até o final da gravidez TÓPICO 2 REPRODUÇÃO HUMANA E EMBRIOGÊNESE 29 FIGURA 16 ETAPAS DA OVOGENESE FONTE httpspontobiologiacombrwpcontentuploads201707ovogenesepng Acesso em 9 jun 2020 Talvez você já tenha ouvido falar que o risco de ter bebês com anomalias genéticas aumenta de acordo com a idade materna principalmente após os 35 anos de idade Você consegue imaginar por que isso ocorre Ao contrário do homem que produz espermatozoides durante toda a vida adulta as mulheres já nascem com uma quantidade limitada de ovócitos primários Nós vimos que ao longo da vida da mulher não há produção de novas células elas apenas sofrem processos de maturação Assim os ovócitos primários que darão origem aos óvulos liberados a cada ciclo menstrual até a menopausa já estão formados desde o período embrionário Se você considerar uma gravidez aos 40 anos a célula terá sido formada 40 anos antes Como nós as células do nosso corpo envelhecem com o passar do tempo e células mais velhas têm maior risco de apresentar anormalidades que comprometerão o embrião INTERESSANTE 30 UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA 4 FECUNDAÇÃO A fecundação é o processo no qual o gameta masculino o espermatozoide e o gameta feminino o ovócito se encontram e se fundem dando origem ao zigoto Você sabia acadêmico que centenas de milhares de espermatozoides são depositados na vagina durante o ato sexual mas que apenas 1 sobrevive a acidez da vagina e somente um conseguirá finalizar a fecundação Além disso um espermatozoide pode sobreviver no corpo da mulher por até três dias mas o ovócito só pode ser fertilizado nas primeiras 12 a 24 horas após a ovulação Incrível não é Em situações normais a fecundação acontece na tuba uterina como mostra a Figura 17 após a liberação do ovócito secundário popularmente chamado de óvulo pelo ovário No entanto para que ela aconteça é preciso que ocorra antes a capacitação dos espermatozoides Essa capacitação ocorre dentro do sistema reprodutor feminino por meio de interações com a mucosa da tuba uterina e tem a função de tornar os espermatozoides aptos a adentrar o ovócito Na espécie humana o processo de capacitação leva em torno de sete horas para se completar GARCIA GARCIA FERNÁNDEZ 2012 FIGURA 17 OVULAÇÃO E LOCAL DA FECUNDAÇÃO NA TUBA UTERINA FONTE httptwixarmepYWm Acesso em 9 jun 2020 Na primeira etapa da fecundação Etapa 1 os espermatozoides capacitados atravessam uma zona chamada de corona radiata que possui duas ou três camadas de células foliculares Em seguida Etapa 2 eles penetram a zona pelúcida uma região formada por glicoproteínas que circundam o ovócito Ao atingir essa camada o espermatozoide inicia a reação acrossômica que é a liberação das enzimas e proteínas que ficam no acrossoma localizado na cabeça da célula Essas enzimas permitem que o espermatozoide entre em contato com a membrana plasmática do ovócito A fecundação propriamente dita ocorre com a fusão entre as membranas plasmáticas do ovócito e do espermatozoide Etapa 3 TÓPICO 2 REPRODUÇÃO HUMANA E EMBRIOGÊNESE 31 Geralmente apenas a cabeça do espermatozoide entra no ovócito Etapa 4 e após a entrada o ovócito completa sua segunda divisão meiótica formando o segundo corpúsculo polar chamado óvulo No óvulo os cromossomos estão dispostos em um núcleo denominado de prónúcleo feminino O núcleo do espermatozoide expandese formando o prónúcleo masculino e dentro de 12 horas após a fecundação o prónúcleo feminino entra em contato íntimo com o prónúcleo masculino A fecundação se completa quando os dois materiais genéticos se fundem formando o zigoto SADLER 2013 A partir desse momento iniciase o desenvolvimento embrionário As etapas da fecundação podem ser observadas na Figura 18 FIGURA 18 ETAPAS DA FECUNDAÇÃO HUMANA FONTE Adaptado de httpsescolakidsuolcombruploadimagefecundacaohumana1jpg Acesso em 9 jun 2020 32 UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA Talvez você tenha algum caso de gêmeos na sua família mas você sabe como eles ocorrem Existem basicamente dois tipos de gêmeos os bivitelinos também chamados de dizigóticos fraternos ou multivitelinos e os univitelinos também chamados de monozigóticos Os gêmeos bivitelinos são geneticamente diferentes e são originados a partir da liberação de dois ovócitos secundários no momento da ovulação Enquanto a maioria das mulheres na maioria dos ciclos menstruais libera apenas um ovócito secundário em alguns casos ocorre a liberação de duas dessas células Se elas forem fecundadas por dois espermatozoides cada uma dará origem a um embrião Esses indivíduos podem ser do mesmo sexo ou não e sua semelhança será como a de dois irmãos nascidos em diferentes momentos Algumas mulheres têm maior predisposição genética para liberar mais de um ovócito durante a ovulação por isso costumamos dizer que é comum casos de gêmeos acontecerem na mesma família Os gêmeos univitelinos por outro lado surgem de um único óvulo fecundado por um único espermatozoide Nesses casos o zigoto se divide e dá origem a dois indivíduos geneticamente idênticos A ocorrência de gêmeos univitelinos é obra do acaso e não há nenhum componente genético envolvido Esses indivíduos são sempre do mesmo sexo tem o mesmo genoma e são clones um do outro IMPORTANTE FIGURA GÊMEOS UNIVITELINOS E BIVITELINOS FONTE httpsgenomiccombrwpcontentuploads201603gemeosghvjpg Aces so em 9 jun 2020 TÓPICO 2 REPRODUÇÃO HUMANA E EMBRIOGÊNESE 33 5 EMBRIOGÊNESE Como vimos anteriormente acadêmico a embriogênese é o processo de formação do embrião Ele se inicia a partir da formação do zigoto durante a fecundação e vai até as primeiras oito semanas do desenvolvimento intrauterino A partir da nona semana o embrião já possui aparência humana mede cerca de 25 centímetros e passa a ser chamado de feto LEWIS 2010 Vamos agora estudar de forma mais aprofundada cada uma das etapas da embriogênese as quais estão ilustradas nas Figuras 19 e 20 FIGURA 19 ETAPAS INICIAIS DA EMBRIOGÊNESE CLIVAGEM E NIDAÇÃO FONTE httpsstatictodamateriacombrupload562a562a0a6d3c847desenvolvimento embrionariohumanolargejpg Acesso em 9 jun 2020 Cerca de um dia após a fecundação o zigoto começa a se dividir por mitose e inicia um período de frequentes divisões celulares chamado de clivagem Essas primeiras células originadas a partir do zigoto são chamadas de blastômeros Conforme se dividem os blastômeros aumentam de número e diminuem de tamanho Quando os blastômeros formam uma massa sólida de 16 ou mais células ele passa a ser chamado de mórula o que ocorre após mais ou menos 72 horas LEWIS 2010 Conforme a mórula se divide as células se organizam para formar uma cavidade central chamada de blastocele e neste estágio o embrião passa a ser chamado de blastocisto Algumas das células do blastocisto formam o revestimento interno da blastocele e são chamadas de massa celular interna Essa é a primeira vez que é possível diferenciar tipos celulares na massa embriogênica As células da massa celular interna continuarão a se desenvolver para formar o embrião enquanto que as células externas chamadas trofoblastos darão origem aos anexos embrionários que veremos a seguir A formação da blástula e da 34 UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA blastoce caracteriza o fim da clivagem Durante esse período não há crescimento efetivo do embrião e o tamanho original do zigoto não clivado é preservado SADLER 2013 Em torno de uma semana após a fecundação o blastocisto começa a se fixar no endométrio da parede uterina Esse processo é chamado de nidação Nessa etapa as células externas do blastocisto trofoblastos começam a secretar o hormônio gonadotrofina coriônica humana HCG conhecido como hormônio da gravidez Esse hormônio tem a função fisiológica de manter o corpo lúteo e bloquear a menstruação Vamos relembrar as célulastronco que você conheceu no Tópico 1 Você aprendeu que existem dois tipos de célulastronco as embrionárias e as adultas Agora você é capaz de entender que as célulastronco embrionárias podem ter duas origens o blastômero de oito células ou a massa celular interna do blastocisto Quando originada do blastômero a célulatronco embrionária é considerada multipotente ou seja é capaz de dar origem a todas as células do nosso corpo e também aos anexos embrionários Quando são originadas do blastocisto elas são consideradas pluripotentes também podem originar os diferentes tipos celulares mas não os anexos embrionários As célulastronco adultas presentes em praticamente todos os tecidos humanos após o nascimento podem ser multipotentes quando dão origem a diversos tipos celulares comprometidos com uma mesma linhagem como as célulastronco hematopoiéticas que podem dar origem a qualquer célula sanguínea ou unipotentes quando são capazes de se diferenciar em apenas um tipo celular ATENCAO DIFERENCIAÇÃO CELULAR FONTE httpvetopsyfrembryologieimagespotentialitescellulegif Acesso em 9 jun 2020 TÓPICO 2 REPRODUÇÃO HUMANA E EMBRIOGÊNESE 35 Os testes de gravidez vendidos em farmácia são baseados em uma reação química que detecta a presença do hormônio HCG na urina A fita do teste possui anticorpos que se ligam a uma das subunidades do HCG chamada de beta Se ocorrer ligação entre o antígeno com o anticorpo essa reação libera cor que resulta na segunda linha que indica a gravidez Nesse tipo de exame sempre aparecerá uma linha controle para mostrar que o exame está funcionando e a segunda linha só aparecerá se o beta HCG for detectado O exame de sangue tem o mesmo princípio a diferença é que é um teste mais sensível porque a quantidade de hormônio no sangue é maior do que na urina IMPORTANTE DIFERENCIAÇÃO CELULAR FONTE httptwixarmeRYWm Acesso em 9 jun 2020 A segunda etapa do desenvolvimento embrionário é chamada gastrulação pode ser vista na Figura 20 e é marcada pela formação dos três folhetos embrionários ou germinativos endoderme mesoderme e ectoderme Durante a segunda semana após a fecundação ocorre a formação de um espaço entre a massa celular interna do blastocisto e as células externas que estão fixadas no endométrio Em seguida a massa interna se achata e forma um disco embrionário de duas camadas a camada mais interna é chamada de endoderme e a camada externa é chamada de ectoderme 36 UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA Diante disso ocorre a formação de uma cavidade chamada arquêntero que dará origem ao sistema digestivo primitivo A comunicação do arquêntero com o meio externo é chamada blastóporo e dará origem ao ânus Em um estágio posterior do desenvolvimento ocorre a formação de uma terceira camada entre as duas outras a mesoderme Essa estrutura de três camadas é chamada de gástrula Ainda durante a gastrulação ocorre a formação da linha primitiva que evidencia o eixo cefálicocaudal e da notocorda formada a partir da mesoderme que qual dará origem à coluna vertebral Assim depois que os folhetos germinativos são formados as células começam a se tornar destinadas a se desenvolverem para dar origem a cada um dos tecidos humanos GARCIA GARCIA FERNÁNDEZ 2012 FIGURA 20 ETAPAS DA GASTRULAÇÃO COM FORMAÇÃO DOS TRÊS FOLHETOS EMBRIONÁ RIOS DO ARQUÊNTERO E DO BLASTÓPORO FONTE httpsblogdoenemcombrwpcontentuploads20160562gif Acesso em 9 jun 2020 A etapa seguinte à gastrulação é chamada de morfogênese ou organogênese A organogênese é o período a partir da terceira semana após a fecundação que se caracterizada pela diferenciação dos folhetos germinativos para formar os primórdios dos órgãos humanos Assim cada folheto dará origem a certas estruturas no embrião as células da ectoderme dão origem à pele ao tecido nervoso e a algumas glândulas as células da endoderme formam partes do fígado e do pâncreas e o revestimento de vários órgãos já a mesoderme por sua vez forma os músculos o tecido conjuntivo os órgãos reprodutivos e os rins GARCIA GARCIA FERNÁNDEZ 2012 Você pode observar a descrição dos órgãos e tecidos formados a partir de cada folheto germinativo no Quadro 4 O início da organogênese é marcado pela neurogênese que é a formação do tubo neural a partir da ectoderme O tubo neural dará origem ao sistema nervoso central A partir do 18º dia o coração do embrião começa a bater A quarta TÓPICO 2 REPRODUÇÃO HUMANA E EMBRIOGÊNESE 37 semana do desenvolvimento embrionário é marcada por um período intenso de crescimento e diferenciação As pernas e braços começam a ser formados bem como as células sanguíneas e pulmões e rins imaturos Na quinta e sexta semanas a cabeça do embrião é desproporcionalmente grande e ocorre a formação dos olhos e orelhas A partir da sétima semana um esqueleto cartilaginoso começa a ser formado e é possível visualizar o tubérculo genital que dará origem às genitálias masculina e feminina No entanto nessa etapa ainda não é possível determinar o gênero do embrião A oitava semana finaliza a etapa de organogenêse e é possível observar diferenciações na genitália que dirão se o embrião é do gênero feminino ou masculino Nessa etapa o embrião possui os rudimentos de todas as estruturas que estarão presentes no nascimento SADLER 2013 A partir da nona semana o embrião passa a ser chamado de feto Algumas etapas importantes da organogênese podem ser observadas na Figura 21 QUADRO 4 DIFERENCIAÇÃO DOS FOLHETOS EMBRIONÁRIOS FONTE httpsdocplayercombr40228903Organogenesefaseembrionariahtml Acesso em 9 jun 2020 38 UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA FONTE Adaptado de httpswwwinfoescolacomwpcontentuploads200910desenvolvi mentoembrionariohumano510x1024jpg Acesso em 9 jun 2020 FIGURA 21 PRINCIPAIS ETAPAS DO PERÍODO EMBRIONÁRIO ENTRE A 3ª E 8ª SEMANAS 51 ANEXOS EMBRIONÁRIOS Os anexos embrionários são estruturas encontradas junto ao embrião em formação que têm como função suprir suas necessidades durante o período de desenvolvimento Os anexos embrionários humanos são amnio saco vitelino córion parte fetal da placenta alantoide e cordão umbilical Como vimos anteriormente essas estruturas são formadas a partir da camada celular externa do blastocisto LEWIS 2010 A localização dos anexos embrionários e suas principais funções podem ser vistas na Figura 22 e no Quadro 5 TÓPICO 2 REPRODUÇÃO HUMANA E EMBRIOGÊNESE 39 FONTE httpswwwsobiologiacombrconteudosfigurasembriologiaanexosembrionarios3 jpg Acesso em 9 jun 2020 FIGURA 22 ANEXOS EMBRIONÁRIOS HUMANOS FONTE httpwwwmesalvacomforumuploadsdefaultoptimized2X88f302f9682150b7e 4c7b927f04dabcd5e0466f612487x500jpg Acesso em 9 jun 2020 QUADRO 5 ANEXOS EMBRIONÁRIOS HUMANOS E SUAS PRINCIPAIS FUNÇÕES 40 RESUMO DO TÓPICO 2 Neste tópico você aprendeu que A espermatogênese é o processo de formação dos gametas masculinos a partir da célula diploide espermatogônia até o espermatozoide haploide Ela ocorre nos túbulos seminíferos dos testículos e se inicia na puberdade A etapa final da espermatogênese é chamada espermiogênese e consiste na diferenciação da espermátide para formar o espermatozoide A estrutura do espermatozoide possui características fundamentais para a fecundação como a presença do acrossomo que contém enzimas digestivas e do agregado de mitocôndrias que produz energia Além disso a morfologia celular no formato de cabeça e cauda permite que o espermatozoide tenha motilidade A ovogênese é a formação dos gametas femininos os ovócitos a partir de uma célula precursora diploide chamada ovogônia Ela ocorre nos ovários e se inicia no período embrionário No embrião os ovócitos primários começam a primeira divisão da meiose a qual é interrompida na prófase I até o início da puberdade Na puberdade ocorre a formação dos ovócitos primários e dos corpúsculos polares os primeiros sendo liberados nas tubas uterinas durante a ovulação Os ovócitos junto com as células epiteliais adjacentes são chamados de folículos Existem diferentes tipos de folículos ao longo da ovogênese dentre eles o corpo lúteo formado após a ovulação A fecundação é o processo no qual o gameta masculino o espermatozoide e o gameta feminino o ovócito se encontram e se fundem dando origem ao zigoto A fecundação ocorre após a capacitação dos espermatozoides e é dividida em quatro etapas A embriogênese é o processo de formação do embrião a partir do zigoto até a 8ª semana do desenvolvimento intrauterino As primeiras etapas da embriogênese são a clivagem que resulta na formação dos blastômeros que continuam a divisão dando origem a mórula e a nidação que consiste na fixação do embrião na parede uterina O revestimento interno da blastocele é chamado de massa celular interna e dá origem ao embrião enquanto que a camada celular externa chamada trofoblasto dá origem aos anexos embrionários 41 A segunda etapa da embriogênese é a gastrulação que é marcada pela formação dos três folhetos embrionários ou germinativos ectoderme mesoderme e endoderme Nessa etapa as células se organizam para formar o arquêntero o blatóporo a linha primitiva e a notocorda A etapa seguinte é a morfogênese ou organogênese que ocorre a partir da terceira semana e é caracterizada pela diferenciação dos folhetos germinativos em primórdios dos órgãos humanos Ela se inicia com a formação do tubo neural e finaliza na oitava semana quando o embrião já possui todas as estruturas que estarão presentes no nascimento Os anexos embrionários são estruturas que têm a função de suprir as necessidades do embrião durante o período de desenvolvimento São eles âmnio saco vitelino córion alantoide e cordão umbilical 42 1 Uma mulher com 40 anos tem maior probabilidade de gerar uma criança com defeitos congênitos do que uma mulher com 20 anos Mas em homens com 20 ou 40 anos a probabilidade é a mesma Esta diferença devese ao fato de a Tanto os ovócitos primários quanto espermatócitos primários se formarem apenas durante a puberdade sendo os espermatócitos produzidos em maior quantidade b Os ovócitos primários serem produzidos apenas durante a puberdade e os espermatócitos primários produzidos constantemente ao longo da vida c Tanto os ovócitos primários quanto os espermatócitos primários se formarem apenas na vida embrionária sendo os espermatócitos produzidos em maior quantidade d Os ovócitos primários serem produzidos apenas no período embrionário e os espermatócitos primários produzidos continuamente a partir da puberdade 2 Analisando o processo de gametogênese marque V para verdadeiro e F para falso O gameta feminino é uma célula grande e móvel cujo citoplasma aumenta muito durante o processo de formação Na formação dos espermatozoides ocorre uma etapa de diferenciação celular após a divisão meiótica Após a divisão meiótica de cada ovogônia originamse quatro ovócitos idênticos O processo de ovulogênese ocorre em etapas permanecendo os ovócitos I em estágio inicial da meiose durante vários anos da vida da mulher Espermatogônias e espermátides são células haploides resultantes de etapas do processo de espermatogênese O número diploide característico da espécie só é reconstituído no momento da fecundação quando se forma o zigoto A sequência correta é a F V V F V V b V F F V V F c V V F F F F d F V F V F V 3 As fases iniciais do desenvolvimento embrionário humano estão representadas nas figuras a seguir Sobre cada uma das fases analise as frases AUTOATIVIDADE 43 FONTE httpsd28wddiwk4qifqcloudfrontnet20150508165955desenvolvimento 300x97png Acesso em 9 jun 2020 I A Figura A representa a célula resultante da união entre o espermatozoide e a ovogônia e é chamada de zigoto II A Figura B representa o embrião após 72 horas da fecundação é chamado de mórula e é resultado de divisões dos blastômeros III Na Figura C a cavidade formada é chamada de blastocele e a massa celular interna é chamada de trofoblasto que dará origem ao embrião IV No estágio representado na Figura D há a formação dos folhetos embrionários ectoderme mesoderme e endoderme V O estágio representado pela Figura E é chamado organogênese e é marcado pela formação da notocorda que dará origem ao sistema nervoso central As alternativas corretas são a I e IV b II e IV c I II e IV d IV e V 4 A gastrulação é uma etapa importante do desenvolvimento embrionário pois é nessa fase que ocorre a formação dos três folhetos germinativos Esses folhetos são responsáveis por originar todos os órgãos e tecidos do embrião Considerando a figura a seguir responda às questões FONTE httptwixarmeQYWm Acesso em 9 jun 2020 a Denomine os folhetos embrionários primordiais X Y e Z respectivamente e identifique o folheto que irá originar a notocorda b Nomeie a estrutura W e diga qual é a sua importância para a formação do embrião c Explique o que é o arquêntero e diga a qual sistema ele dará origem 44 45 TÓPICO 3 UNIDADE 1 ORGANIZAÇÃO DO GENOMA HUMANO 1 INTRODUÇÃO Seja bemvindo acadêmico ao terceiro tópico da disciplina de Genética Humana e Médica Até aqui você aprendeu os conceitos de cromossomo e cariótipo humano e também foi apresentado aos processos que resultam na divisão celular e na embriogênese Agora iremos ainda mais fundo no aprendizado sobre nossos genes abordaremos conceitos importantes como os ácidos nucleicos e veremos também um princípio extremamente importante conhecido como o dogma central da biologia molecular que explica como as proteínas são formadas a partir de moléculas de DNA Ao final deste tópico você deverá ser capaz de conhecer um pouco sobre a história da Genética diferenciar os principais ácidos nucleicos DNA RNAm RNAt RNAr e compreender as principais etapas dos processos de replicação do DNA e síntese de proteínas Esses conceitos formarão a base necessária para a compreensão dos assuntos abordados nos demais tópicos e para a interpretação das aplicações clínicas da genética humana que serão exploradas nas unidades seguintes O conhecimento acerca desses conceitos será de suma importância para a sua atuação profissional como biomédico por isso é extremamente importante a sua dedicação ao longo da nossa jornada 2 HISTÓRIA DA GENÉTICA Como vimos no início deste livro didático acadêmico a Genética é a área da Biologia que estuda a forma como as características são transmitidas ao longo das gerações Desde o estabelecimento das primeiras civilizações humanas a importância da hereditariedade é reconhecida de forma empírica ou seja a partir da prática da observação e da experiência Seus princípios eram aplicados por exemplo na melhoria das culturas de grãos da polinização e dos animais domésticos e os primeiros registros sobre o assunto datam de mais de 4000 anos aC O médico e filósofo grego Hipócrates 460370 aC foi o primeiro a propor uma teoria para explicar a hereditariedade conhecida como pangênese Segundo essa teoria todas as partes do organismo produzem partículas chamadas gêmulas sendo que as gêmulas do macho e da fêmea se misturam produzindo um novo organismo com características de ambos os progenitores WINCHESTER 1998 Essa ideia é muito parecida com a noção que temos hoje de gene o qual é definido como a unidade física e funcional de hereditariedade 46 UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA No entanto acadêmico a Genética como ciência começou apenas no século XIX lado a lado com a Teoria da Evolução proposta em 1858 por Charles Darwin Em 1866 um monge austríaco chamado Gregor Mendel ao realizar experiências sobre a herança genética de plantas de ervilha observou que algumas características obedeciam a regras estatísticas simples sendo que alguns traços eram considerados dominantes e outros recessivos Mendel estudou vários genes das ervilhas e cada um deles foi associado a uma característica diferente como a cor ou o tamanho da planta Ele descobriu que esses genes existem em diferentes formas o que agora chamamos de alelos formas alternativas de um mesmo gene Uma forma do gene para cor por exemplo faz com que as ervilhas tenham cor amarela enquanto que outra forma faz com que ela tenha cor verde MUKHERJEE 2016 Na Figura 23 vemos que a forma amarela é dominante o que significa que uma ervilha que possua um alelo amarelo e outro verde terá cor amarela enquanto que para possui a cor verde a ervilha deverá ter os dois alelos relacionados a esta cor FONTE httptwixarme6YWm Acesso em 9 jun 2020 FIGURA 23 MENDEL O PAI DA GENÉTICA E SEU EXPERIMENTO COM AS ERVILHAS Se você quiser saber mais sobre as descobertas de Mendel e sobre sua importância para a Genética como ciência assista ao documentário Mendel e a ervilha disponível em httpbiologocombrbiodocumentariomendeleaervilha DICAS TÓPICO 3 ORGANIZAÇÃO DO GENOMA HUMANO 47 O trabalho de Mendel foi tão importante que ele ficou conhecido como o pai da genética Mas foi apenas no início do século XX que a comunidade científica reconheceu a importância do seu trabalho e diversos estudos foram publicados demonstrando a herança mendeliana em plantas e animais incluindo seres humanos Foi nessa época que se estabeleceu a Teoria Cromossômica da Herança que diz que os cromossomos são as unidades que carregam a informação genética na forma de genes MANDAL 2019 A partir da década de 1950 os cientistas dedicaramse a investigar a natureza física do gene Em 1953 o norteamericano James Watson e o britânico Francis Crick divulgaram pela primeira vez a estrutura tridimensional do DNA como sendo uma molécula de fita dupla antiparalela enrolada em formato de hélice sobre um eixo principal e constituída de cadeias complementares de nucleotídeos Este modelo ficou conhecido como dupla hélice e pode ser observado na Figura 24 Em 1958 Crick divulgou aquele que seria conhecido como dogma central da Biologia Molecular CRICK 1970 Este nome acadêmico foi dado porque o conceito proposto por Crick é o conhecimento mais fundamental e importante sobre como acontecem as etapas de transferência do material genético do DNA até a sua forma final a proteína FONTE httpsipinimgcomoriginals64c14964c1493d057b4150b6034f8d8c77b8f0png httpsplayerslideplayercombr3710711808dataimagesimg1jpg Acesso em 9 jun 2020 FIGURA 24 OS CIENTISTAS WATSON E CRICK EM 1953 COM SEU MODELO DA ESTRUTURA DO DNA E A REPRESENTAÇÃO ATUAL DO MODELO DE DUPLA HÉLICE Os nucleotídeos mencionados no parágrafo anterior são moléculas compostas por um grupo fosfato um açúcar formado por cinco carbonos pentose e uma base nitrogenada as quais podem ser bases purinas adenina A e guanina G e bases pirimidinas citosina C uracila U e timina T O DNA e o RNA são macromoléculas chamadas de ácidos nucleicos e são formados por milhares de unidades de nucleotídeos As diferenças estruturais do RNA e do DNA estão no tipo de açúcar ribose no RNA e desoxirribose no DNA e nas bases pirimidinas U e T a primeira encontrada no RNA e a segunda no DNA 48 UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA Rosalind Franklin a mãe do DNA A história não costuma incluir mulheres como agentes ativas e reconhecer este fato auxilia a sociedade a tornar toda forma de conhecimento mais inclusiva e não exclusiva Rosalind Franklin foi possivelmente uma das mulheres mais injustiçadas da ciência moderna Franklin era uma biofísica britânica contratada pela Universidade de Cambridge por sua experiência com raios X Em 1951 ela tirou aquela que seria chamada entre as mais belas fotografias de raios X de qualquer substância já tomada a Fotografia 51 que mostra uma imagem nítida da estrutura do DNA Ao mesmo tempo em que Watson e Crick tentavam entender a estrutura do DNA usando os dados de Franklin ela também estava concluindo que o DNA tinha uma estrutura de dupla hélice No entanto o reconhecimento de Franklin foi impedido por seu chefe o biólogo molecular Maurice Wilkins que não a aceitava como coautora da descoberta e insistia que ela era apenas uma assistente de pesquisa Assim apesar de ter conduzido o estudo que permitiu a observação do formato helicoidal do DNA o que rendeu a Watson Crick e Wilkins o prêmio Nobel em 1962 seu nome não levou nenhum crédito pela descoberta Rosalind Franklin seguiu suas pesquisas até falecer aos 37 anos de câncer de ovário ELLIOT 2016 IMPORTANTE FONTE httpss2glbimgcome94HzKPnJEtQNOuWul0R8NIPsIeglbimgcomog edforiginal20200406rosalindfranklinjpg httpswwwchromosomecombr wpcontentuploads201306photograph51imagejpgw478 Acesso em 9 jun 2020 FIGURA ROSALIND FRANKLIN Na década de 1960 os pesquisadores buscaram entender como a expressão dos genes ou seja a transmissão das informações genéticas do DNA a proteínas dogma central era regulada Na década de 1970 a expressão gênica já podia ser controlada e manipulada por técnicas de engenharia genética A engenharia genética acadêmico como você verá mais adiante é a manipulação direta do genoma de um organismo por meio de técnicas de biotecnologia O genoma por sua vez é toda a informação hereditária de um organismo que está codificada em seu DNA MUKHERJEE 2016 Assim diante do avanço no conhecimento adquirido nas décadas anteriores em 1990 pesquisadores do mundo inteiro colaboraram com o Projeto Genoma Humano que teve como objetivo mapear todos os genes do homem e identificar a sequência completa de bases das moléculas de DNA TÓPICO 3 ORGANIZAÇÃO DO GENOMA HUMANO 49 A identificação da sequência de bases do DNA genoma é chamada de sequenciamento portanto o sequenciamento do genoma equivale ao sequenciamento de todos os genes do organismo Somente em 2003 o Projeto Genoma foi finalmente concluído Não se preocupe em entender agora todos os conceitos apresentados neste tópico pois nós iremos estudálos a fundo nas etapas seguintes desta unidade Se você quiser saber mais sobre a história da Genética e algumas de suas aplicações práticas procure o livro O gene uma história íntima de Siddhartha Mukherjee publicado em 2016 pela Companhia das Letras DICAS 3 ÁCIDOS NUCLEICOS DNA Como você já deve saber acadêmico o corpo humano é formado por órgãos e tecidos os quais são compostos por células No núcleo dos trilhões de células que possuímos existem filamentos muito finos compostos de DNA que têm a função de armazenar toda a nossa informação genética regular as atividades das nossas células e guiar o funcionamento dos tecidos e órgãos que formam o nosso organismo As informações genéticas são codificadas em sequências de nucleotídeos nas moléculas de DNA Essa sequência completa de nucleotídeos é chamada de genoma SNUSTAD SIMMONS 2017 Você sabia que o genoma humano é composto de 32 bilhões de pares de nucleotídeos É um número enorme certo Então para que as informações sejam transmitidas os códigos são organizados em unidades chamadas genes Cada gene é um trecho de pares de nucleotídeos ao longo de uma molécula de DNA Em uma célula humana os genes estão situados em 46 moléculas diferentes de DNA as quais correspondem aos 46 cromossomos humanos Toda vez que uma célula se divide seu DNA é replicado e distribuído igualmente entre as duas células filhas assim o conteúdo de DNA chamado de genoma é conservado Você pode entender melhor essa organização observando a Figura 25 a partir do gene que é um pedaço do DNA composto por uma sequência de nucleotídeos que dará origem a uma proteína O DNA por sua vez se organiza nos 46 cromossomos os quais se localizam no núcleo das células 50 UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA FONTE Adaptado de httpsthpanoramacomimgimageslostiposdecromosomasysus caractersticasjpg Acesso em 9 jun 2020 FIGURA 25 VISUALIZAÇÃO DO MATERIAL GENÉTICO DE UMA CÉLULA SOMÁTICA DOS GE NES ATÉ OS CROMOSSOMOS Como você viu brevemente no tópico anterior o DNA do inglês Deoxyribo Nucleic Acid ou ácido desoxirribonucleico é um tipo de ácido nucleico composto por milhares de estruturas chamadas de nucleotídeos as quais se unem para formar a dupla hélice descoberta pelos cientistas Watson e Crick na década de 1950 Na Figura 26 você pode ver que cada nucleotídeo do DNA é formado por três estruturas um grupamento fosfato P um açúcar que é uma pentose chamada de desoxirribose D e uma base nitrogenada adenina timina citosina e guanina A pentose e a base nitrogenada se unem por uma ligação chamada glicosídica e formam um nucleosídeo Quando o nucleosídeo se liga a um grupo fosfato ele forma um nucleotídeo Os nucleotídeos por sua vez unemse entre si para formar uma cadeia de DNA por meio de ligações chamadas fosfodiéster VARGAS 2014 TÓPICO 3 ORGANIZAÇÃO DO GENOMA HUMANO 51 FIGURA 26 ESTRUTURA DO DNA E TIPOS DE BASES NITROGENADAS FONTE Adaptado de httpsslideplayeresslide1831679 Acesso em 9 jun 2020 A união de vários nucleotídeos forma uma cadeia simples de DNA No entanto como falamos antes o DNA é uma dupla hélice o que significa que duas fitas ou cadeias de DNA estão pareadas Como você pode ver na Figura 27 uma das fitas é orientada no sentido 5 para 3 enquanto a outra é orientada no sentido 3 para 5 É por esta razão acadêmico que dizemos que as duas fitas de DNA são antiparalelas A ligação entre as duas fitas ocorre através de pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas a adenina forma 2 pontes de hidrogênio com a timina e a citosina forma 3 pontes de hidrogênio com a guanina VARGAS 2014 52 UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA FIGURA 28 DNA COMO FITAS ANTIPARALELAS E LIGAÇÕES ENTRE AS BASES NITROGENADAS FONTE httpswwwresumovcombrbiologiabiologiamolecularacidosnucleicos Acesso em 9 jun 2020 FIGURA 29 ESTRUTURAS PRIMÁRIA SECUNDÁRIA TERCIÁRIA E QUATERNÁRIA DO DNA Em termos estruturais a fita simples de DNA é chamada de Estrutura Primária e a dupla hélice de Estrutura Secundária A dupla fita de DNA por sua vez se enrola em proteínas presentes no núcleo das células chamadas histonas Este complexo DNA proteínas recebe o nome de cromatina e forma a Estrutura Terciária do DNA Finalmente quando a célula entra em divisão a cromatina se enovela e forma os cromossomos os quais correspondem à Estrutura Quaternária SNUSTAD SIMMONS 2017 Você pode observar as estruturas do DNA na Figura 29 FONTE httptwixarme3PWm Acesso em 9 jun 2020 TÓPICO 3 ORGANIZAÇÃO DO GENOMA HUMANO 53 No Tópico 1 desta unidade você aprendeu os processos de divisão celular e viu que a etapa mais importante é a duplicação dos cromossomos para que o material genético possa ser transmitido da célulamãe para as célulasfilhas Agora você irá aprender que isso acontece através de um processo chamado replicação do DNA A replicação é o processo no qual o DNA faz cópias de si mesmo e é uma etapa fundamental na manutenção do genoma humano 31 REPLICAÇÃO DO DNA Como você pode imaginar acadêmico a replicação do DNA ou a cópia do DNA de uma célula não é uma tarefa simples Lembrese de que temos 32 bilhões de pares de nucleotídeos em cada núcleo os quais devem ser copiados com precisão toda vez que qualquer uma dos trilhões de células do nosso corpo se divide A replicação do DNA possui algumas características fundamentais que resumiremos a seguir Em seguida iremos explicar detalhadamente cada uma das etapas de replicação e ficará claro entender como esses conceitos se aplicam LEWIS 2010 A replicação do DNA é semiconservativa Cada fita na dupla hélice atua como modelo para a síntese de uma nova fita complementar Para replicar o DNA precisa se desenovelar separar suas fitas construir fitas complementares de nucleotídeos e unilas novamente O novo DNA é feito por enzimas denominadas DNA polimerases que atuam sempre no sentido 5 para 3 A replicação do DNA sempre se inicia em sequências de nucleotideos especificas chamadas primer iniciador Durante a replicação do DNA uma nova fita fita líder é feita como uma peça contínua A outra fita tardia é feita em pequenas partes Por isso dizemos que a replicação do DNA é semidescontínua A replicação do DNA requer outras enzimas além da DNA polimerase incluindo DNA primase DNA helicase DNA ligase e topoisomerase 54 UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA Você já se perguntou qual é o sentido da vida acadêmico Para os geneticistas essa resposta é fácil 5 3 O fato de a replicação do DNA acontecer somente no sentido 5 3 da fita e considerando a enorme importância que este processo tem para a manutenção da vida fez com que esse sentido fosse chamado de forma bastante simpática de o sentido da vida INTERESSANTE Mafalda às vezes me pergunto Qual o sentido da vida É na direção 5 3 Filipe FONTE httpsipinimgcom564x7911b07911b0daaf0dacb17f4b7f68d9eef3c8jpg Acesso em 9 jun 2020 O SENTIDO DA VIDA No Tópico 1 aprendemos que a replicação do DNA acontece durante a fase S do ciclo celular Ela parte de uma molécula de DNA a ser copiada que é chamada de fitamolde Para que fique mais fácil entender o processo iremos dividir o processo em três etapas a iniciação o alongamento e a terminação BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 MENCK SLUYS 2017 Você pode visualizar cada uma delas na Figura 30 INICIAÇÃO como vimos antes acadêmico a molécula de DNA é composta por duas fitas unidas uma a outra na forma de dupla hélice Então para que a molécula possa ser duplicada a primeira coisa a ser feita é a separação ou abertura da dupla fita Esse trabalho é feito por uma enzima chamada helicase que desliza sobre as fitas abrindoas e mantendo separado o DNA a ser replicado Mas como essa enzima sabe em qual local do DNA iniciar a separação A helicase reconhece uma região do DNA chamada OriC que é rica em adenina e timina Essa região é mais fácil de ser separada pois como você viu anteriormente a ligação entre essas duas bases nitrogenadas é de apenas duas pontes de oxigênio ao contrário das 3 ligações entre citosina e guanina Então ao identificar a região OriC a helicase separa as duas fitas TÓPICO 3 ORGANIZAÇÃO DO GENOMA HUMANO 55 de DNA e o local de separação forma o que chamamos de forquilha de separação semelhante a um zíper aberto É nessa região que a replicação acontece Para que a forquilha continue estável proteínas chamadas SSB se ligam aos nucleotídeos e auxiliam a helicase a manter a abertura Conforme a helicase vai separando as fitas o DNA nas extremidades da forquilha vai ficando muito compactado Para resolver essa questão outra enzima chamada topoisomerase quebra as fitas de DNA para aliviar a tensão ALONGAMENTO quando as fitas de DNA estiverem devidamente abertas outra enzima chamada primase irá sintetizar pequenos fragmentos de RNA chamados primers ou iniciadores que funcionam como ponto de partida para a replicação Esses fragmentos de RNA são necessários pois a enzima responsável pela formação da fita complementar a DNA polimerase III só pode fazer seu trabalho a partir de uma sequência de nucleotídeos já existentes Assim após a ação da primase a enzima DNA polimerase III irá se posicionar na extremidade 3 do primer para iniciar a síntese À medida que as bases da fita molde vão sendo expostas essa enzima começa a adicionar a ela nucleotídeos presentes no meio sempre respeitando a especificidade de emparelhamento A com T T com A C com G e G com C formando então a fita complementar Na fita original de DNA com orientação 35 a síntese da nova fita ocorre de forma contínua pela DNA polimerase III no sentido 53 resultando na fita chamada de líder leading strand fita avançada fita contínua Já na fita original de DNA com orientação 53 a síntese da nova fita ocorre de forma descontínua com a formação de fragmentos de Okazaki no sentido 53 sendo esta chamada de fita tardia lagging strand fita atrasada fita descontínua Como vimos que a replicação do DNA ocorre somente no sentido 5 3 na fita tardia a DNA polimerase III tem que inserir as bases nitrogenadas de trás para frente Os fragmentos formados a partir da fita tardia são chamados de fragmentos de Okasaki TERMINAÇÃO no final do processo de alongamento uma enzima chamada DNA ligase une os fragmentos de Okasaki e formando a segunda fita complementar a partir da fita tardia Além disso a enzima DNA polimerase I substitui os primers de RNA por DNA e confere se toda a nova sequência de novos nucleotídeos está correta A partir de cada uma das fitas de DNA originalmente separadas foi sintetizada uma nova fita complementar seguindo o pareamento AT e GC sempre no sentido 5 3 e de forma antiparalela em relação a fita molde o que significa que a fita molde tem orientação oposta à fita de DNA que está sendo sintetizada Finalmente da mesma forma que possui sequências iniciadoras OriC a fita de DNA possui sequências de terminação chamadas TER que sinalizam o local em que a replicação deve ser interrompida Quando a helicase identifica essa região ela se desliga da fita molde o que faz com que as DNA polimerases finalizam a replicação e que as novas fitas se unam formando novas moléculas de DNA 56 UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA FIGURA 30 ETAPAS DO PROCESSO DE REPLICAÇÃO DO DNA FONTE Lewis 2010 p 178 TÓPICO 3 ORGANIZAÇÃO DO GENOMA HUMANO 57 Agora que você já sabe como o DNA é replicado você deve se perguntar como sua sequência de genes é responsável por todas as suas características Iremos discutir melhor este processo mais adiante por enquanto é importante que você saiba que isso é possível porque os genes contêm as instruções para a síntese de proteínas Cada proteína também chamadas polipeptídeo é formada por uma ou mais cadeias de aminoácidos existem 20 tipos diferentes de aminoácidos na natureza e cada proteína é formada por uma combinação específica A sequência de aminoácidos em uma proteína é especificada por uma sequência de unidades codificantes em um gene chamadas códons Cada códon especifica a incorporação de um aminoácido em um polipeptídio Isso significa que o nosso DNA contém os códigos responsáveis por informar quais aminoácidos serão formados e em qual sequência o que é capaz de formar cerca de 20325 proteínas Você já ouviu falar deste processo acadêmico é o dogma central da biologia molecular que mencionamos anteriormente e que está ilustrado na Figura 31 Mas antes de explicarmos como o processo de síntese de proteína ocorre é preciso conhecer outra molécula importante o RNA FIGURA 31 DOGMA DA BIOLOGIA MOLECULAR COMO UMA PROTEÍNA É SINTETIZADA A PARTIR DO DNA FONTE Adaptado de httpsoquizletcomD2rkyUkYI9nXo8h9EH9McQpng Acesso em 9 jun 2020 4 ÁCIDOS NUCLEICOS RNA O RNA ou ácido ribonucleico possui uma estrutura primária semelhante ao DNA Ele também é uma macromolécula formada por nucleotídeos unidos entre si por ligações fosfodiéster As diferenças como já mencionamos anteriormente é que o açúcar presente no RNA é diferente pois tratase de uma ribose Além disso enquanto o DNA possui a base nitrogenada timina o RNA possui uracila LEWIS 2010 SNUSTAD SIMMONS 2017 A estrutura secundária do RNA por outro lado é bastante diferente do que vimos até aqui pois enquanto o DNA é uma fita dupla dupla hélice o RNA é formado por uma fita simples Além disso na fita de RNA podem ocorrer pareamentos internos chamados de grampos ou hairpins enquanto as regiões não pareadas são chamadas de alças LEWIS 2010 Um esquema das estruturas primária secundária e terciária arranjo tridimensional do RNA pode ser visto na Figura 32 58 UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA FIGURA 32 ESTRUTURAS PRIMÁRIA SECUNDÁRIA E TERCIÁRIA DO RNA FONTE Adaptado de httpplayerslideplayercom186186915dataimagesimg3jpg Acesso em 9 jun 2020 O RNA é produzido no núcleo da célula a partir de uma molécula de DNA e ele atua como um intermediário na transferência de informação dos genes localizados no núcleo das células para a síntese de proteínas que ocorre em uma organela citoplasmática chamada ribossomo Mas você sabia acadêmico que o RNA não é uma molécula única É verdade existem diferentes tipos de RNA dentro das nossas células e cada um deles responsável por desempenhar uma função específica MENCK SLUYS 2017 Os três tipos principais envolvidos na síntese de proteínas serão descritos a seguir RNA Ribossômico RNAr recebe esse nome por ser o principal constituinte dos ribossomos corresponde a 75 do RNA celular e é o principal responsável pela síntese de proteínas RNA Mensageiro RNAm corresponde a 15 do RNA total e sua função é levar a informação genética do DNA localizado no núcleo da célula até os ribossomos localizados no citoplasma RNA Transportador RNAt corresponde a 1015 do RNA total e como seu nome indica sua função é transportar os aminoácidos que serão utilizados na síntese de proteínas até os ribossomos Nos ribossomos os aminoácidos se unem e formam as proteínas 5 SÍNTESE DE PROTEÍNAS A síntese proteica é o processo que utiliza a informação genética contida em nosso DNA para formar proteínas Antes de entender como isso ocorre lembre se de que um gene é um pedaço de DNA que carrega uma sequência específica de ácidos nucleicos para dar origem a uma proteína Para que isso aconteça a síntese proteica requer a presença de moléculas de RNA que funcionam como uma ponte entre o código genético presente no DNA e a síntese proteica TÓPICO 3 ORGANIZAÇÃO DO GENOMA HUMANO 59 O processo completo é dividido em duas etapas uma que ocorre no núcleo chamada transcrição e outra que acorre no citoplasma chamada tradução Cada uma delas por sua vez é dividida em iniciação alongamento e terminação assim como a replicação do DNA SNUSTAD SIMMONS 2017 De forma geral a primeira etapa da síntese proteica a transcrição envolve a leitura e cópia de um gene em uma molécula de RNAm que é complementar a uma das fitas da dupla hélice do DNA A cópia de RNAm sai do núcleo e vai para o citoplasma onde no ribossomo e com a participação do RNAr e do RNAt ocorre a tradução A tradução usa a informação contida no RNAm para produzir uma proteína alinhando e unindo sequencias específicas de aminoácidos para formar a cadeia polipeptídica LEWIS 2010 Finalmente a proteína formada precisa adquirir sua conformação tridimensional específica para se tornar funcional A seguir iremos apresentar de forma mais detalhada cada uma dessas etapas mas antes acadêmico observe uma visão geral desse processo na Figura 33 FONTE Adaptado de httptwixarmeWPWm Acesso em 9 jun 2020 FIGURA 33 SÍNTESE DE PROTEÍNAS A PARTIR DO DNA 51 TRANSCRIÇÃO GÊNICA A transcrição é o processo no qual uma molécula de RNA é sintetizada a partir de uma das fitas de DNA Pense que nessa etapa a fita de DNA funciona como um molde e é criado um fragmento de RNA correspondente a sua sequência de bases nitrogenadas As etapas da transcrição serão descritas a seguir e podem ser visualizadas na Figura 34 60 UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA A transcrição é ativada por proteínas chamadas fatores de transcrição que se ligam ao DNA em locais específicos dos cromossomos Os fatores de transcrição ativados por sinais extracelulares como hormônios e fatores de crescimento formam um complexo de préiniciação que atrai a RNA polimerase a enzima que constrói a cadeia de RNA Assim na etapa de iniciação da transcrição a RNA polimerase é atraída pelos fatores de transcrição ligados a uma região do DNA chamada promotora A região promotora é uma sequência especial de nucleotídeos que sinaliza o início de um gene Geralmente possui uma sequência TATA e por isso é chamada de TATAbox Quando a RNA polimerase encontra uma região promotora com o auxílio dos fatores de transcrição ela se liga à molécula e abre as fitas de DNA A partir daí uma das fitas do DNA servira como fita molde BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 Na etapa de alongamento a RNA polimerase vai percorrendo essa fita molde e pegando bases nitrogenadas presentes no meio nuclear para unilas à fita de RNA Assim como o DNA o RNAm é fabricado no sentido 5 3 o sentido da vida Lembrese acadêmico de que enquanto no DNA as bases nitrogenadas se pareiam em AT e CG o RNA utiliza a base uracila no lugar da timina Assim sempre que houver uma adenina na fita molde de DNA ela vai parear com uma uracila na fita de RNAm sendo formada A RNA polimerase segue produzindo o RNAm até encontrar uma sequência de término que indica o fim da região codificadora do gene Nesta que é a fase de terminação a enzima se solta o RNAm fica livre no núcleo da célula e as duas fitas de DNA voltam a se ligar formando novamente a dupla hélice LEWIS 2010 O produto inicial da transcrição é chamado de préRNAm Antes de ser transportada para o citoplasma para que ocorra a tradução essa molécula precisa ser processada e transformada para dar origem ao RNAm A etapa mais marcante do processamento do RNAm é a retirada dos introns chamada de splicing do RNA e pode ser observada na Figura 35 Primeiro o préRNAm é quebrado entre os íntrons e éxons em seguida os íntrons são removidos e os éxons são unidos para formar o RNAm A partir daí o RNAm se desloca para o citoplasma onde ocorrerá a tradução TÓPICO 3 ORGANIZAÇÃO DO GENOMA HUMANO 61 FONTE httpsimageslidesharecdncomtranscriognica20091vera121216083641phpa pp0195transcriognica20091vera4638jpgcb1355647038 Acesso em 9 jun 2020 FIGURA 34 ETAPAS DA TRANSCRIÇÃO DO DNA Você viu que os genes são regiões do DNA que possuem o código para sin tetizar proteínas Mas você sabia que nem toda parte do gene tem essa função Os genes são formados por duas regiões chamadas de éxons e íntrons Os éxons possuem em média 145 pares de base e são a parte do gene que pode ser transcrita em proteínas Os íntrons por sua vez tem um tamanho médio de 3500 pares de bases estão distribuídos entre os éxons e não são transcritos em proteínas Isso significa que a maior parte dos ge nes e consequentemente do DNA não realizam a função principal dessas moléculas que é codificar proteínas Mas então para que eles servem Durante muito tempo a existência dos íntrons parecia ser um grande desperdício e eles foram chamados de DNA lixo pois não sabíamos bem quais eram suas funções Atualmente sabemos que os íntrons são muito importantes pois apesar de não originarem diretamente proteínas como os éxons possuem diversas funções reguladoras IMPORTANTE 62 UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA FONTE Lewis 2010 p 190 FIGURA 35 PROCESSAMENTO DO RNA COM A RETIRADA DOS ÍNTRONS SPLICING 52 TRADUÇÃO GÊNICA Ao migrar do núcleo para o citoplasma o RNAm se liga à organela responsável pela síntese de proteínas chamada ribossomo O ribossomo é formado por duas subunidades uma menor chamada 40S e uma maior chamada 60S cada uma delas contendo uma ou mais moléculas de RNAr O outro tipo de RNA fundamental para a síntese proteica é o RNAt Ele tem a função de captar aminoácidos dispersos na célula e transportá los até os ribossomos Lá a nova proteína será sintetizada a partir da união dos aminoácidos transportados pelo RNAt seguindo a sequência específica determinada pelo RNAm transcrita da molécula de DNA original SNUSTAD SIMMONS 2017 Mas como as bases nitrogenadas codificadas pelo RNAm definirão a sequência de aminoácidos que formará a proteína Para entender como isso acontece acadêmico você precisa conhecer o código genético TÓPICO 3 ORGANIZAÇÃO DO GENOMA HUMANO 63 O código genético é a relação entre as bases nitrogenadas do DNA e a sequência de aminoácidos de uma proteína Ele funciona da seguinte maneira cada sequência de três nucleotídeos do RNAm forma o que chamamos de códon O RNAt por sua vez é formado por duas unidades a subunidade superior é chamada de aceptor e está ligada ao aminoácido que será transportado já a subunidade inferior é chamada anticódion e possui uma sequência de três nucleotídeos complementar ao códon do RNAm Com as quatro bases nitrogenadas do RNA adenina uracila guanina e citosina é possível formar 64 combinações de códons Cada códon do RNAm é complementar a um anticódon do RNAt e com isso é capaz de traduzir um aminoácido diferente Existem na natureza 20 tipos de aminoácidos que formam todas as proteínas existentes É a sequência e a quantidade desses 20 aminoácidos que definirão o tipo de proteína formada Sobre o código genético dizemos que ele é universal pois em todos os organismos da Terra ele funciona da mesma maneira quer seja em bactérias em uma cenoura ou no homem Todos possuem o mesmo código genético mas claro cada organismo possui genes diferentes e portanto produz proteínas diferentes Além disso dizemos que o código genético é degenerado o que significa que diferentes códons podem codificar a mesma proteína Um exemplo é a proteína leucina que pode ser codificada por seis códons diferentes LEWIS 2010 SNUSTAD SIMMONS 2017 Na Figura 36 você pode ver os 64 tipos de códons e os 20 aminoácidos formados a partir deles Assista ao vídeo disponível em httpswwwyoutubecomwatchvlZStH Be1mw para entender melhor como ocorre os processos de transcrição e tradução DICAS 64 UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA FONTE Adaptado de httpfilesmapasquimicawebnodecomco200000066afa3ab09ed codigo20geneticojpg Acesso em 10 jun 2020 FIGURA 36 O PRINCÍPIO DO CÓDIGO GENÉTICO E A LISTA DE CÓDONS E AMINOÁCIDOS Agora que você já entendeu como o código genético funciona ficará fácil entender como ocorre a tradução A tradução começa quando o ribossomo identifica o códon de iniciação do RNAm que é o primeiro códon a ser traduzido Como você pode ver na Figura 37 esse código sempre possui a sequência AUG que codifica o aminoácido metionina Diante disso o RNAt contendo o anticódon correspondente ao códon de iniciação AUG do RNAm se encaixa no ribossomo trazendo a metionina Em seguida o segundo códon do RNAm é traduzido e o segundo aminoácido trazido pelo RNAt se liga a metionina por uma ligação chamada peptídica ligação que une todos os aminoácidos A partir daí os demais códons da fita de RNAm vão sendo traduzidos a aminoácidos pelo RNAt e a cadeia polipeptídica começa a se formar TÓPICO 3 ORGANIZAÇÃO DO GENOMA HUMANO 65 A etapa de alongamento continua até que o ribossomo atinja um códon de terminação que pode ser UAA UGA ou UAG Quando isso acontece a síntese da proteína é finalizada e ao invés de receber um novo aminoácido a sequência é ocupada por um fator de terminação O polipeptídio então se liberta do ribossomo e das moléculas de RNA e é liberado no citoplasma LEWIS 2010 FIGURA 37 TRADUÇÃO DO RNAM EM PROTEÍNA FONTE httpsibbioninjacomauMediatranslationmedjpeg Acesso em 9 jun 2020 Leia mais sobre o código genético e o Projeto Genoma nos sites a seguir httpgenomaibuspbrsitesdefaultfilesprojetogenomahumanopdf httpseducacaouolcombrdisciplinasbiologiagenefuncoescodigogeneticoe sintesedeproteinashtm Ou acesse os seguintes artigos Projeto Genoma Humano e Ética de Mayana Zatz disponível no endereço https wwwscielobrpdfsppv14n39771pdf Projeto Genoma Humano um retrato da construção do conhecimento científico sob a ótica da revista Ciência Hoje de Andréa Góes e Bruno de Oliveira disponível no endereço httpswwwscielobrpdfcieduv20n315167313ciedu20030561pdf DICAS 66 UNIDADE 1 BASES MOLECULARES DA GENÉTICA HUMANA Projeto Genoma dez anos depois New Scientist Desde que o mapa genético humano foi decifrado há uma década pesquisadores encontraram mais perguntas que respostas Lançado em 26 de junho de 2000 uma das grandes promessas do Projeto Genoma era a possibilidade de descobrirmos previamente a chance de desenvolvermos problemas como diabetes ou doenças cardiovasculares E então criar remédios para prevenilos Com o código decifrado seria só colocar supercomputadores para comparar os genes saudáveis com doentes e decifrar que parte estaria causando as enfermidades Apesar desse processo de ter revelado mais de 500 enfermidades associadas ao DNA as informações ainda significam muito pouco perto do que se esperava É que uma variação no gene em si está longe de dizer tudo Os pesquisadores descobriram que a receita de como o organismo deve funcionar também depende muito de outros fatores como nossa alimentação e várias mutações raras em partes diferentes do código genético Difícil é conseguir juntar tudo isso São detalhes escondidos em uma espécie de caixapreta do genoma O desafio é distinguir quais mutações causam doenças e quais são inofensivas Temos que admitir que ainda não sabemos como fazer isso afirma David Goldstein da Universidade Duke nos Estados Unidos Informação demais No princípio tudo parecia simples O DNA era um mero conjunto de genes que continha receitas de fabricação de proteínas pelo organismo Assim que os cientistas identificassem essas receitas e seu funcionamento fosse descoberto os homens estariam no caminho certo para entender o que faz de nós o que somos Mas não foi bem assim Um dos grandes choques do projeto foi saber que temos apenas 235 mil genes pouco mais que uma minhoca que tem 19 mil Os pesquisadores descobriram que um gene humano não sintetiza apenas uma proteína mas sim várias delas É que os genes têm pequenos pedaços chamados exons como em um colar de contas que se recombinam de diferentes maneiras tornando possível fabricar milhares de proteínas diferentes apesar de a média ser de apenas cinco Outra descoberta é que em vez de termos duas cópias de cada gene uma do pai e outra da mãe podemos ter só uma ou três ou mais Isso é resultado de grandes blocos de DNA que são perdidos ou duplicados sim o nosso organismo parece ser um tanto bagunceiro Essas perdas podem nos ajudar a entender a razão de sermos tão diferentes Ou o que está por trás de doenças LEITURA COMPLEMENTAR TÓPICO 3 ORGANIZAÇÃO DO GENOMA HUMANO 67 sobre as quais pouco sabemos como a esquizofrenia Ou seja boa parte das ideias que tínhamos sobre nosso código genético se mostrou falha Agora é preciso redescobrir as peças que nos constroem Design não inteligente O estudo de todos esses mecanismos genéticos complexos recheados de exceções e que aparentam funcionar aleatoriamente parece ser esquisito e inútil Às vezes me pergunto por que diabos a biologia funciona desse jeito diz Ewan Birney do Instituto Europeu de Bioinformática Mas do ponto de vista evolutivo isso não tem que parecer bonito ou lógico simplesmente tem que funcionar A confusão e o design nãointeligente dos nossos genes significam que há muita coisa que pode dar errado e normalmente dá Erros na hora de recombinar os pedaços de RNA moléculas que ajudam na síntese de proteínas que vagam pelas células têm papel importante no câncer por exemplo Essas descobertas podem indicar tratamentos para doenças conhecidas e nos ajudar a entender o ser humano O genoma está no começo não no fim do processo diz Birney FONTE httprevistagalileuglobocomRevistaCommon0ERT1570791793300html Aces so em 9 jun 2020 68 RESUMO DO TÓPICO 3 Neste tópico você aprendeu que A Genética como ciência começou no século XIX a partir das descobertas de Mendel sobre a herança genética de ervilha Ele descobriu que os genes existem em diferentes formas o que agora chamamos de alelos Na década de 1950 Watson e Crick divulgaram a estrutura em dupla hélice do DNA e logo depois publicaram o dogma central da Biologia Molecular que explica o processo de transferência do material genético do DNA até a proteína Nos anos 2000 o Projeto Genoma foi concluído tornando possível mapear os genes humanos e identificar a sequência completa de bases das moléculas de DNA chamado sequenciamento No núcleo das células está localizado o nosso DNA um tipo de ácido nucleico que tem a função de armazenar nossa informação genética codificada em sequências de nucleotídeos Os códigos são organizados em unidades chamadas genes O nucleotídeo do DNA é formado por três estruturas um grupamento fosfato P um açúcar que é uma pentose chamada de desoxirribose D e uma base nitrogenada adenina timina citosina e guanina O DNA é composto por duas fitas antiparalelas de nucleotídeos uma orientada no sentido 5 para 3 e outra orientada no sentido 3 para 5 A ligação entre as duas fitas ocorre através de pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas duas ligações entre A e T e 3 entre C e G A fita simples de DNA é sua Estrutura Primária a dupla hélice é a Estrutura Secundária a dupla fita enrolada em proteínas é a Estrutura Terciária e recebe o nome de cromatina e finalmente quando a célula entra em divisão a cromatina se enovela e forma os cromossomos os quais correspondem a Estrutura Quaternária A replicação do DNA é o processo em que ele faz cópias de si mesmo durante a divisão celular A replicação é semiconservativa semidescontínua ocorre sempre no sentido 5 para 3 e requer as enzimas DNA primase helicase ligase polimerase e topoisomerase 69 Ficou alguma dúvida Construímos uma trilha de aprendizagem pensando em facilitar sua compreensão Acesse o QR Code que levará ao AVA e veja as novidades que preparamos para seu estudo CHAMADA Na fase de iniciação ocorre a formação da forquilha de separação na fase de alongamento a DNA polimerase adiciona os nucleotídeos formando a nova fita a partir dos primers e formase os fragmentos de Okasaki na fita tardia A replicação finaliza na fase de terminação com a conferência da fita formada O RNA diferese do DNA por apresentar uma ribose no lugar da pentose e por usar a base nitrogenada uracila ao invés da timina Existem três tipos principais de RNA o RNA mensageiro o RNA ribossômico e o RNA transportador A síntese de proteínas envolve duas etapas a transcrição que ocorre no núcleo e copia o gene do DNA em uma molécula de RNAm e a tradução que ocorre no citoplasma quando o RNAm se liga ao ribossomo e o RNAt traz os aminoácidos que formarão a cadeia polipeptídica O código genético é a relação entre as bases nitrogenadas do DNA e a sequência de aminoácidos de uma proteína ele é universal e degenerado Três nucleotídeos do RNAm formam um códon e cada códon codifica um dos 20 aminoácidos que formarão as proteínas 70 1 Em relação à replicação do DNA marque V se a afirmativa for verdadeira e F se for falsa A sequência usual de crescimento da nova fita de DNA ocorre no sentido 3 5 A replicação do DNA é semiconservativa A enzima DNA primase é responsável pela separação da dupla fita do DNA Fragmento de Okasaki é o nome dado ao local onde a replicação se inicia A enzima DNA polimerase é responsável por adicionar os nucleotídeos e formar a nova fita A enzima DNA ligase é responsável por unir os nucleotídeos à nova fita sendo formada Assinale a alternativa que represente a sequência correta é a F V F F V F b V V V F V V c F V F F V V d V F V V F F 2 O RNA mensageiro é produzido no e ao nível associase a participando das sínteses de Para completar corretamente essa frase as lacunas devem ser substituídas respectivamente por a Ribossomo citoplasmático mitocôndrias energia b Ribossomo citoplasmático mitocôndrias DNA c Núcleo citoplasmático mitocôndrias proteínas d Citoplasma nuclear ribossomos DNA e Núcleo citoplasmático ribossomos proteínas 3 As subunidades ribossomais são formadas por moléculas de é nessa organela que o se liga ao pelo anticódon e códon respectivamente trazendo os aminoácidos que formarão a cadeia polipeptídica de acordo com o código transcrito a partir da molécula de Considerandose RNAt RNA transportador RNAr RNA ribossômico e RNAm RNA mensageiro assinale a alternativa que apresenta a sequência correta para respectivamente preencher as lacunas a RNAr RNAm RNAt DNA b RNAm RNAt DNA RNAr c RNAr RNAt RNAm DNA d DNA RNAr RNAm RNAt AUTOATIVIDADE 71 4 Todos os seres vivos têm suas informações genéticas codificadas pelas sequências de bases nitrogenadas dos ácidos nucleicos Assinale a alternativa correta considerando as informações a seguir Fita 1 AAAGATCCCGAATCGGTCGGCGATTTATCG Fita 2 TTTCTAGGGCTTAGCCAGCCGCTAAATAGC Fita 3 UUUCUAGGGCUUAGCCAGCCGCUAAAUAGC a Se considerarmos 1 a fita molde o RNAm formado por esta sequência conterá as mesmas bases nitrogenadas da Fita 2 b As Fitas 1 e 2 são complementares e juntas podem representar um segmento de molécula de DNA c Na Fita 3 existem 30 códons e 10 nucleotídeos d Se considerarmos 1 a fita molde a Fita 3 pode ter sido formada durante o processo de replicação 5 Mackenzie 1999 Os códons UGC UAU GCC e AGC codificam respectivamente os aminoácidos cisteína tirosina alanina e serina o códon UAG é terminal ou seja indica a interrupção da tradução Um fragmento de DNA que codifica a sequência serina cisteína tirosina alanina sofreu a perda da 9a base nitrogenada Assinale a alternativa que descreve o que acontecerá com a sequência de aminoácidos FONTE httpsbrainlycombrtarefa8988030 Acesso em 9 jun 2020 a O aminoácido tirosina será substituído por outro aminoácido b O aminoácido tirosina não será traduzido resultando numa molécula com 3 aminoácidos c A sequência não será traduzida pois essa molécula de DNA alterada não é capaz de comandar esse processo d A tradução será interrompida no 2º aminoácido e A sequência não sofrerá prejuízo pois qualquer modificação na fita de DNA é imediatamente corrigida 72 73 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM PLANO DE ESTUDOS A partir do estudo desta unidade você deverá ser capaz de entender os princípios básicos da hereditariedade e a importância das Leis de Mendel para a Genética conhecer as principais alterações cromossômicas e estruturais e suas apli cações clínicas entender a relação entre genética e sistema imune e suas aplicações práti cas como a determinação dos sistemas ABO e Rh compreender a influência genética em alguns tipos de cânceres apropriarse do conhecimento sobre os temas abordados e tornarse ca paz de refletir e questionar de forma crítica sobre o papel da genética humana em determinadas condições e patologias Esta unidade está dividida em quatro tópicos No decorrer da unidade você encontrará autoatividades com o objetivo de reforçar o conteúdo apresentado TÓPICO 1 PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE TÓPICO 2 ALTERAÇÕES CROMOSSÔMICAS TÓPICO 3 IMUNOGENÉTICA TÓPICO 4 GENÉTICA DE TUMORES Preparado para ampliar seus conhecimentos Respire e vamos em frente Procure um ambiente que facilite a concentração assim absorverá melhor as informações CHAMADA 74 75 UNIDADE 2 1 INTRODUÇÃO Seja bemvindo a nossa segunda unidade da disciplina de Genética Humana e Médica Agora que você já aprendeu alguns conceitos básicos na Unidade 1 como cariótipo cromossomo mitose e meiose RNA e DNA você está apto para iniciar o estudo dos princípios da hereditariedade que constituem a base para o entendimento da genética clínica abordada ao longo desta unidade Lembrese de que sua participação e comprometimento com a disciplina é fundamental para o seu sucesso então realize as autoatividades propostas no final do tópico e não deixe de procurar os materiais suplementares expostos ao longo dos temas abordados Neste primeiro tópico apresentaremos os princípios da hereditariedade Ao final dele você deverá ser capaz de entender os fundamentos da Genética Mendeliana a importância da probabilidade e o conceito de heredograma Além disso deverá ser capaz de diferenciar entre herança monogênica e multifatorial dominante e recessiva e autossômica e ligada ao sexo Apesar de complexa a hereditariedade é um conceito fascinante que possui inúmeras aplicações clínicas como você verá nos tópicos seguintes Aproveite este primeiro tópico da Unidade 2 para construir mais um degrau de uma base de conhecimento sólida e aprofundada que lhe permitirá compreender a Genética Clínica Vamos juntos 2 GENÉTICA MENDELIANA No Tópico 3 da Unidade 1 nós mencionamos que a Genética como ciência começou no século XIX com os experimentos de Mendel com plantas de ervilha de cheiro Pisum sativum Agora acadêmico iremos explicar detalhadamente como Mendel realizou seus experimentos e como eles culminaram com o que chamamos de As Leis de Mendel Essas leis são um conjunto de fundamentos que explicam os mecanismos primordiais da transmissão hereditária durante as gerações e constituem a base da Genética TÓPICO 1 PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA 76 21 PRIMEIRA LEI DE MENDEL PRINCÍPIOS DA DOMINÂNCIA E DA SEGREGAÇÃO Para entender o trabalho de Mendel é importante saber que as plantas de ervilha que ele utilizou em seus experimentos eram geneticamente puras ou seja homozigotas porém possuíam diferentes variedades por exemplo algumas produziam sementes verdes e outras sementes amarelas algumas eram bem altas e outras mediam apenas meio metro Sabendo disso Mendel iniciou seu trabalho realizando o cruzamento de ervilhas altas e ervilhas anãs como mostra a Figura 1 A esse processo damos o nome de fertilização cruzada Ele observou que as sementes produzidas pela fertilização cruzada de ervilhas altas e anãs produziram 100 de plantas altas e nenhuma planta anã Etapa 3 da Figura 1 Em um segundo momento Mendel realizou o cruzamento dessas novas ervilhas altas e para sua surpresa ao examinar essa segunda prole composta por 1064 ervilhas ele observou que 787 eram altas e 277 eram anãs uma razão aproximada de 31 Etapa 4 da Figura 1 Ou seja a característica anã que havia desaparecido no primeiro cruzamento reapareceu quando estas plantas altas foram cruzadas entre si Mendel viu que as plantas produzidas no cruzamento das variedades alta e anã eram capazes de produzir plantas anãs mesmo sendo todas altas SNUSTAD SIMMONS 2017 FIGURA 1 EXPERIMENTOS DE MENDEL COM ERVILHAS DE CHEIRO FONTE Snustad e Simmons 2017 p 7172 Diante desse achado Mendel concluiu que as plantas altas híbridas resultantes do primeiro cruzamento Etapa 3 da Figura 1 possuíam um fator genético para o nanismo mas que este foi mascarado por outro fator para altura elevada O fator não visível nanismo recebeu o nome de recessivo e o fator expresso altura elevada foi chamado de dominante Mendel fez experimentos semelhantes para estudar outras características como a textura lisa ou rugosa e a cor amarela ou verde das sementes Esses experimentos foram chamados de cruzamentos monohíbridos porque estudavam uma única característica de cada vez Hoje sabemos que os fatores descritos por Mendel são na TÓPICO 1 PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE 77 verdade genes Além disso sabemos que as formas dominante e recessiva são denominadas alelos que como você já aprendeu na Unidade 1 são formas alternativas de um gene VARGAS 2014 A partir disso Mendel estabeleceu o que foi chamado de Primeira Lei de Mendel FIGURA 2 PRIMEIRA LEI DE MENDEL FONTE Adaptado de httpswwwtodamateriacombrleisdemendel Acesso em 10 jun 2020 Em outras palavras a Primeira Lei de Mendel diz que todas as características de um indivíduo são determinadas por genes que se segregam ou seja que se separam durante a formação dos gametas Assim o pai e a mãe transmitem apenas um gene de cada característica para seus descendentes Os descendentes terão portanto um gene do pai e outro da mãe o que levou a outra conclusão importante que todos os genes existem em pares Mendel propôs que cada progenitor possui duas cópias idênticas de um gene hoje dizemos que são diploides Durante a produção dos gametas Mendel sugeriu que essas duas cópias são reduzidas a uma isso é como você viu no Tópico 2 da Unidade 1 os gametas resultantes da meiose têm apenas uma cópia de um gene dizemos que eles são haploides Mendel reconheceu que o número diploide de genes seria restaurado com a união dos gametas masculino e feminino para formar um zigoto Além disso compreendeu que indivíduos geneticamente puros possuem dois alelos iguais de um mesmo gene o que é chamado de homozigoto Já indivíduos híbridos que possuem dois alelos diferentes um da mãe e outro do pai são chamados de heterozigotos Mendel constatou ainda que fertilizações de indivíduos heterozigotos produziriam alguns zigotos com ambos os alelos recessivos e que essa característica recessiva sempre aparecia em uma razão de 31 Isso explica o reaparecimento da característica recessiva na prole das plantas híbridas SNUSTAD SIMMONS 2017 Mendel desenvolveu uma simbologia para explicar seus resultados a qual você pode entender melhor na Figura 3 Primeiramente temos os progenitores representados pela letra P Os dois progenitores geneticamente puros uma planta alta e uma planta anã são homozigotos para os alelos do gene que controla a altura da planta O alelo recessivo é simbolizado pela letra minúscula d e o alelo dominante pela letra maiúscula D A constituição genética de um indivíduo ou seja seus tipos de alelos é chamada de genótipo Já sua aparência física ou seja as características genéticas que se manifestam naquele indivíduo é o fenótipo UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA 78 Na Figura 3 a prole híbrida da linhagem P é denominada primeira geração filial ou F1 Como cada genitor é puro e contribui igualmente para a prole transmitindo um único alelo o genótipo das plantas F1 obrigatoriamente é Dd isso é elas são heterozigotas para os alelos do gene que controla a altura O fenótipo porém é igual ao da linhagem parental DD porque D é dominante em relação a d Na Etapa 2 da figura vemos que durante a meiose essas plantas F1 produzem dois tipos de gametas D e d em iguais proporções Depois da fertilização os dois tipos de gametas produzidos por heterozigotos podem se unir de todas as maneiras possíveis Etapa 3 Assim eles produzem quatro tipos de zigotos DD Dd dD e dd No entanto por causa da dominância três desses genótipos têm o mesmo fenótipo ou seja no caso das ervilhas serão plantas altas Assim na geração seguinte denominada F2 as plantas altas e anãs são produzidas em uma razão de 31 FIGURA 3 PRINCÍPIOS DA PRIMEIRA LEI DE MENDEL E SUA SIMBOLOGIA FONTE Snustad e Simmons 2017 p 74 Em resumo a Primeira Lei de Mendel tem três princípios fundamentais VARGAS 2014 Os genes existem aos pares cada característica de um organismo é determinada por um fator unitário gene que existe aos pares TÓPICO 1 PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE 79 Dominância e recessividade um alelo dominante é aquele que se manifesta no fenótipo do indivíduo mesmo quando presente em uma única cópia já um alelo recessivo para ser expresso deve estar presente aos pares Segregação durante a meiose há uma separação dos dois alelos de modo que cada gameta receberá um deles aleatoriamente e com a mesma probabilidade A base biológica é o pareamento e a subsequente separação de cromossomos homólogos durante a meiose um processo que você viu na Unidade 1 deste livro didático 22 SEGUNDA LEI DE MENDEL O PRINCÍPIO DA SEGREGAÇÃO INDEPENDENTE Como vimos no tópico anterior a Primeira Lei de Mendel se aplica ao estudo da transmissão de uma única característica monohíbrido Mas você pode se perguntar acadêmico como ocorre a transmissão de várias características ao mesmo tempo Mendel também teve essa dúvida e para sanála ele utilizou plantas que diferiam em mais de um aspecto ele cruzou plantas que produziam sementes amarelas e lisas com plantas que produziam sementes verdes e rugosas O objetivo desse experimento chamado dihíbrido era verificar se a herança das duas características da semente cor e textura eram independentes VARGAS 2014 Como você pode ver na Figura 5 as sementes da geração F1 saíram todas amarelas e lisas o que significa que os alelos para essas duas características eram dominantes Curiosamente na geração F2 Mendel observou todas as combinações possíveis de cor e textura Duas delas sementes amarelas e lisas e sementes verdes e rugosas eram iguais às plantas originais geração P As outras duas sementes verdes e lisas e sementes amarelas e rugosas apresentam novas combinações de características diferentes dos seus progenitores As quatro classes de fenótipos observadas por Mendel têm uma razão aproximada de nove amarelas e lisas três verdes e lisas três amarelas e rugosas e uma verde e rugosa Com isso Mendel concluiu que cada característica observada era controlada por um gene diferente e que os dois genes tinham heranças independentes entre si SNUSTAD SIMMONS 2017 Tratase da Segunda Lei de Mendel UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA 80 FIGURA 4 SEGUNDA LEI DE MENDEL FONTE Adaptado de httpsmundoeducacaouolcombrbiologiasegundaleimendelhtm Acesso em 10 jun 2020 Em resumo a Segunda Lei de Mendel observada a partir de um cruzamento dihíbrido estabeleceu um quarto princípio importante para a hereditariedade a distribuição independente a qual se baseia em pares diferentes de alelos serem segregados separados ou distribuídos de maneira independente uns dos outros FONTE Snustad e Simmons 2017 p 77 FIGURA 5 PRINCÍPIOS DA SEGUNDA LEI DE MENDEL TÓPICO 1 PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE 81 3 LEI DA PROBABILIDADE Os quadrados apresentados nas Etapas 3 das Figuras 3 e 5 são chamados de Quadrados de Punnett Para montálos é preciso separar os possíveis gametas dos progenitores e cruzar suas informações com o objetivo de analisar os possíveis zigotos que podem ser formados O quadrado de Punnett é útil quando avaliamos um ou dois genes porém imagine a dificuldade do quadrado a ser montado se quisermos analisar por exemplo quatro genes diferentes Por isso se o número de genes analisados for maior que dois é mais fácil utilizar os princípios da probabilidade para prever um cruzamento BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 Para entender isso acadêmico você precisará de de matemática Nós vimos nas Leis de Mendel que a segregação dos dois alelos de um mesmo gene ocorre de maneira independente ou seja quando um heterozigoto produz gametas metade deles contém um alelo e a outra metade o outro Seguindo este raciocínio dizemos que um determinado gameta tem metade das chances de conter o alelo dominante ou seja essa probabilidade é de ½ O mesmo vale para a probabilidade de conter o alelo recessivo também é de ½ Entendendo este conceito podemos prever o resultado de qualquer cruzamento Vamos começar com um exemplo simples proposto por Snustad e Simmons 2017 e ilustrado na Figura 6 Pense em dois indivíduos Aa cruzamento Aa x Aa A chance de que o zigoto formado deste cruzamento seja AA é simplesmente a probabilidade de que cada um dos gametas que se unem para formálo contenha o alelo A ou seja é 12gameta mãe 12 gameta pai 14 zigoto ou 25 A chance de que o zigoto seja homozigoto aa também é de ¼ como você pode ver na figura No entanto a chance de que o zigoto seja heterozigoto Aa é de 12 ou 50 Isso porque existem dois modos de produzir um heterozigoto o alelo A pode vir do gameta feminino e o alelo a do gameta masculino ou viceversa Como a chance de cada um desses eventos é de um quarto a probabilidade total de que um filho seja heterozigoto é 14 gameta mãe 14 gameta pai 12 zigoto UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA 82 FONTE Snustad e Simmons 2017 p 80 FIGURA 6 PRINCÍPIOS DE PROBABILIDADE APLICADA À HEREDITARIEDADE Este exemplo é simples pois se trata de um único gene e por isso poderia ser facilmente previsto por um Quadrado de Punnett Mas pense no exemplo que mencionamos no início do tópico se quisermos prever o cruzamento entre heterozigotos para quatro genes diferentes todos com distribuição independente e quisermos saber qual a chance de obter um indivíduo homozigoto para os quatro alelos recessivos Para responder a essa pergunta vamos usar a probabilidade e pensar em um gene de cada vez Para o primeiro gene a fração da prole de homozigotos recessivos é de 14 assim como para o segundo o terceiro e o quarto genes Portanto pelo princípio de distribuição independente a fração de homozigotos recessivos quádruplos será de 14 14 14 14 1256 4 HEREDOGRAMAS Os princípios das Leis de Mendel iniciados nas ervilhas logo passaram a ser aplicados à genética humana porém como você pode imaginar acadêmico existem diversas questões éticas envolvidas na realização de experimentos genéticos com seres humanos Atualmente existem diversos métodos sofisticados de biologia molecular que permitem analisar a hereditariedade você os estudará na Unidade 3 porém por muito tempo para analisar uma herança genética específica era preciso fazer um histórico familiar por meio de uma ferramenta chamada heredograma SNUSTAD SIMMONS 2017 BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 Heredograma é um tipo de gráfico que representa a herança genética de determinada característica dos indivíduos representados É como se fosse uma árvore genealógica que analisa uma característica específica como por exemplo uma anomalia genética ou a frequência de olhos azuis em uma família Os TÓPICO 1 PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE 83 heredogramas usam símbolos padronizados para representar as relações e são úteis para estudar o passado genético e familiar de um indivíduo Na Figura 7 você pode observar os principais símbolos usados em um heredograma e um exemplo deste gráfico FONTE Adaptado de httpsedlamarblogfileswordpresscom201605slide4jpg Acesso em 10 jun 2020 FIGURA 7 HEREDOGRAMA SÍMBOLOS E GRÁFICO No canal do YouTube Curso Online Gratuito você encontra vídeos sobre as leis de Mendel Probabilidade e Heredogramas Acesse httpswwwyoutubecomchannel UCUn9CBocrtIw6vNPYPGQ5w Recomendamos também a leitura do livro O polegar do violinista para você que quer aprofundar de forma didática e agradável seu conhecimento sobre genética Neste livro o jornalista Sam Kean conta a história da genética de Mendel e suas ervilhas até o conhecimento de ponta dos dias de hoje DICAS UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA 84 5 APLICAÇÕES DO MENDELISMO PADRÕES CLÁSSICOS DE HERANÇA Os estudos de Mendel formaram a base daquilo que chamamos de Padrões clássicos de herança Como vimos no tópico anterior uma herança monogênica é aquela determinada por um único gene Quando este gene está localizado em um dos 22 pares de cromossomos não sexuais dizemos que ela é uma herança monogênica autossômica Uma herança autossômica por sua vez pode ser dominante ou recessiva Assim uma herança monogênica autossômica dominante AaAA é aquela que acomete cromossomos não sexuais e na qual o fenótipo é expresso da mesma maneira em homozigotos e heterozigotos Quando se trata de uma doença o alelo normal é considerado recessivo e o alelo mutante é dominante Por isso ao ser traçado o heredograma desta herança Figura 8 o fenótipo afetado irá aparecer em todas as gerações e toda pessoa afetada terá obrigatoriamente um genitor afetado Já uma herança monogênica autossômica recessiva aa é expressa somente em indivíduos homozigotos Neste caso o alelo normal é dominante e o alelo mutante é recessivo por isso o indivíduo afetado precisa herdar um alelo mutante de cada genitor um a de cada Assim como nas ervilhas de Mendel o fenótipo pode saltar gerações e a pessoa afetada geralmente tem pais heterozigotos que não manifestam a doença Figura 8 Em ambos os casos por serem heranças autossômicas homens e mulheres tem a mesma probabilidade de transmitir o fenótipo aos filhos de ambos os sexos LEWIS 2010 MENCK SLUYS 2017 SNUSTAD SIMMONS 2017 FIGURA 8 EXEMPLOS DE HEREDOGRAMAS RETRATANDO HERANÇAS AUTOSSÔMICAS FONTE Snustad e Simmons 2017 p 88 TÓPICO 1 PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE 85 51 HERANÇA AUTOSSÔMICA DOMINANTE Alguns exemplos de doenças hereditárias dominantes determinadas por um par de alelos autossômicos é a polidactilia que é a presença de mais de 10 dedos nas mãos ou nos pés a osteogênese imperfeita doença conhecida como ossos de vidro e a doença de Huntington uma doença degenerativa progressiva que afeta as funções cognitivas psiquiátricas e motoras BORGES OSÓRIO ROBINSON 2013 Para você entender como funciona a transmissão desse tipo de herança vamos pegar como exemplo a polidactilia Vamos chamar de P o alelo para a presença de dedos excessivos e de p o alelo para sua ausência Veja no Quadro 1 os genótipos e fenótipos possíveis Alelos Genótipos Fenótipos P e p PP Polidactilia Pp Polidactilia pp Dedos normais QUADRO 1 GENÓTIPOS E FENÓTIPOS DA POLIDACTILIA FONTE Adaptado de BorgesOsório e Robinson 2013 Como a polidactilia é uma característica dominante indivíduos que possuem apenas um alelo P apresentarão o fenótipo anormal de mais de 10 dedos nos pés ou nas mãos enquanto que indivíduos pp serão normais 10 dedos Veja no Quadro 2 a seguir os tipos de cruzamentos possíveis quando se trata de uma doença autossômica dominante usando como exemplo a polidactilia TIPOS DE CRUZAMENTOS DESCENDÊNCIA Genótipos Fenótipos Genótipos Fenótipos PP x PP Polidactilia x Polidactilia 100 PP 100 Polidactilia PP x Pp Polidactilia x Polidactilia 50 PP e 50 Pp 100 Polidactilia PP x pp Polidactilia x Normal 100 Pp 100 Polidactilia Pp x Pp Polidactilia x Polidactilia 25 PP 50 Pp e 25 pp 75 Polidactilia 25 normal Pp x pp Polidactilia x Normal 50 Pp e 50 pp 50 Polidactilia 50 normal pp x pp Normal x Normal 100 pp 100 normal QUADRO 2 TIPOS DE CRUZAMENTO E DESCENDÊNCIA DA POLIDACTILIA FONTE Adaptado de BorgesOsório e Robinson 2013 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA 86 52 HERANÇA AUTOSSÔMICA RECESSIVA Na herança autossômica recessiva é preciso que o indivíduo possua dois alelos de um mesmo gene Neste tipo de herança os genitores raramente são afetados pois costumam ser heterozigotos com fenótipos normais No entanto esses progenitores heterozigotos possuem o alelo recessivo de forma silenciosa e podem transmitilo para sua prole resultando em um indivíduo com fenótipo doente Figura 9 Em muitos casos o nascimento de uma criança com uma doença autossômica recessiva é uma surpresa para a família pois muitas vezes não existe tipo de histórico familiar É importante lembrar também que esse tipo de herança é mais comum se manifestar entre casais consanguíneos do que no restante da população PIERCE 2016 FIGURA 9 PADRÃO DE HERANÇA AUTOSSÔMICA RECESSIVA FONTE httptwixarmePsWm Acesso em 10 jun 2020 A fibrose cística é um exemplo de doença autossômica recessiva Ela é causada por uma mutação no gene CFTR localizado no cromossomo 7 e se manifesta pelo acúmulo de muco principalmente nos pulmões o que resulta em quadros respiratórios crônicos e graves que diminuem a expectativa de vida do indivíduo Figura 10 O teste do pezinho feito no nascimento tem como uma das funções detectar esta doença Outro exemplo de herança autossômica recessiva é o albinismo um defeito na produção de melanina que resulta em pouca pigmentação na pele olhos e cabelos Figura 10 BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 TÓPICO 1 PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE 87 FIGURA 10 FISIOPATOLOGIA DA FIBROSE CÍSTICA E CRIANÇA NEGRA COM ALBINISMO FONTE Adaptado de httptwixarmecsWm httptwixarmeNsWm Acesso em 10 jun 2020 ANEMIA FALCIFORME A anemia falciforme é uma doença hereditária monogénica recessiva caracterizada pela produção anormal de hemoglobinas a proteína das hemácias responsável pelo transporte de oxigênio O gene da hemoglobina está localizado no cromossomo 11 e a doença é causada por uma mutação pontual na sequência de DNA quando a base nitrogenada timina T é substituída por uma adenina A O resultado é a troca do aminoácido ácido glutâmico pela valina levando o organismo a produzir a hemoglobina anômala S HbS O formato das hemácias é então alterado elas perdem sua forma arredondada e elástica e adquirem um formato rígido de foice Isso dificulta sua passagem pelos vasos sanguíneos e faz com que elas sejam destruídas em grande quantidade pelo pâncreas Os indivíduos portadores de anemia falciforme sentem dores fores no corpo pelo bloqueio de fluxo sanguíneo e pela falta de oxigenação nos tecidos Por ser uma doença recessiva o indivíduo portador precisa possuir ambos os alelos mutantes Indivíduos heterozigotos ou seja aqueles que possuem apenas um alelo alterado não manifestam a doença mas a transmitem aos seus descendentes Dizemos que estes indivíduos tem o traço falciforme ROCHA 2004 IMPORTANTE FONTE httptwixarmeCsWm Acesso em 10 jun 2020 COMPARAÇÃO DE HEMOGLOBINA NORMAL E DA HEMOGLOBINA PRESENTE NA ANE MIA FALCIFORME UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA 88 53 HERANÇA LIGADA AO SEXO Uma herança monogênica também pode afetar os cromossomos sexuais X ou Y Doenças que afetam genes localizados no cromossomo Y são mais raras pois são transmitidas diretamente de pai para filho e são chamadas de holândricas ou restritas ao sexo BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 As doenças ligadas ao cromossomo X são mais frequentes e são chamadas de doenças ligadas ao sexo ou ligada ao X Elas também podem ser dominantes ou recessivas Em uma doença dominante ligada ao X uma mulher heterozigota portadora da doença tem 50 de transmitir a doença para filhos de ambos os sexos Isso porque como mulher e heterozigota ela tem dois cromossomos X um normal e um mutado Assim ela terá 50 de chances de transmitir um gameta X normal e 50 de chances de transmitir um gameta X alterado Como a doença é dominante basta receber um cromossomo X alterado para que sua prole desenvolva a doença Caso a doença ocorra em um indivíduo do sexo masculino XY nenhum dos seus filhos herdará a doença pois sempre receberá do pai um cromossomo Y Porém todas as suas filhas herdarão a doença pois receberão do pai o cromossomo X mutado e dominante As doenças recessivas ligadas ao X costumam se manifestar com maior frequência em indivíduos do sexo masculino Isso porque as mulheres que possuem apenas um cromossomo X alterado ou seja as heterozigotas não manifestam o fenótipo No entanto elas têm 50 de chances de transmitir um gameta X alterado para a sua prole Como indivíduos do sexo masculino possuem apenas um cromossomo X XY caso ele receba um X alterado ele manifestará a doença SNUSTAD SIMMONS 2017 SILVEIRA 2019 Você pode entender melhor essas alterações observando a Figura 11 FIGURA 11 HERANÇAS LIGADA AO SEXO FONTE Adaptado de Silveira 2019 p 2325 TÓPICO 1 PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE 89 O daltonismo é um exemplo de doença recessiva ligada ao sexo e seus genes estão localizados no braço longo do cromossomo X Xq28 Como esperado para esse padrão de herança ela é mais comum em indivíduos do sexo masculino cerca de 8 dos homens tem alguma variação da doença Clinicamente ela se manifesta pela dificuldade em distinguir cores como o verde e o vermelho BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 Você pode fazer um teste rápido de daltonismo observando a Figura 12 se você conseguir identificar os números dentro dos círculos a seguir sua visão é normal do contrário você provavelmente tem alguma variação da doença FIGURA 12 TESTE DE DALTONISMO FONTE httptwixarmeFMWm Acesso em 10 jun 2020 Outro exemplo de doença recessiva ligada ao X é a hemofilia Indivíduos hemofílicos são incapazes de produzir um fator necessário para a coagulação sanguínea o fator VIII Essa proteína é codificada pelo alelo H e não codificada pelo alelo recessivo e mutante h ambos localizados no cromossomo X Quase todas as pessoas afetadas pela hemofilia são do sexo masculino que herdaram a mutação de mães heterozigotas Caso homens hemofílicos tenham filhos eles transmitem a mutação para as filhas mas elas geralmente não terão a doença pois herdarão o alelo normal das mães SNUSTAD SIMMONS 2017 SILVEIRA 2019 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA 90 As famílias reais europeias são conhecidas pela frequência de casamentos consanguíneos o que aumenta a frequência de doenças recessivas Veja o exemplo citado por Snustad e Simmons 2017 p 55 O caso mais famoso de hemofilia ligada ao X ocorreu na família imperial russa no início do século XX O czar Nicolau e a czarina Alexandra tiveram quatro filhas e um filho Alexei o filho era hemofílico A mutação ligada ao X responsável pela doença de Alexei foi transmitida por sua mãe portadora heterozigota A czarina Alexandra era neta da rainha Vitória da GrãBretanha também portadora Os registros do heredograma mostram que Vitória transmitiu o alelo mutante para três dos nove filhos HEMOFILIA NA FAMÍLIA REAL INTERESSANTE FONTE Snustad e Simmons 2017 p 156 TÓPICO 1 PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE 91 6 EXTENSÕES DO MENDELISMO PADRÕES NÃO CLÁSSICOS DE HERANÇA Como você viu até aqui acadêmico os experimentos de Mendel mostraram que os genes existem em duas formas alternativas os alelos dominante e recessivo Essa descoberta foi muito importante pois estabeleceu a base do estudo da genética porém hoje sabemos que essa dualidade dos alelos como se um fosse sempre inativo e o outro sempre responsável pelo fenótipo é bastante simplificada Na verdade segundo Snustad e Simmons 2017 pesquisas recentes mostram que os genes podem existir em diferentes formas e que cada alelo pode ter um efeito diferente no fenótipo A seguir iremos descrever brevemente algumas dessas principais variações 61 CODOMINÂNCIA Nós já sabemos que um alelo dominante é aquele que tem o mesmo efeito fenotípico em indivíduos heterozigotos e homozigotos ou seja os genótipos AA e Aa produzem fenótipos iguais Alguns genes no entanto possuem alelos chamados codominantes pois entre eles não existe relação de dominância e cada um possui um fenótipo equivalente Um exemplo de codominância é o sistema sanguíneo humano MN semelhante ao sistema ABO No sistema sanguíneo MN a capacidade de produzir os antígenos M e N é determinada por um gene com dois alelos um determina a produção do antígeno M e o outro do antígeno N Homozigotos para o alelo M produzem apenas o antígeno M e homozigotos para o alelo N apenas o antígeno N No entanto indivíduos heterozigotos para esses dois alelos produzem os dois tipos de antígenos e possuem fenótipo MN Neste caso nenhum alelo é dominante sobre o outro Como não há predominância de um alelo sobre o outro não diferenciamos alelos codominantes por letras minúsculas e maiúsculas como vimos anteriormente Esses alelos são representados sobrescritos ao símbolo do gene no caso do sistema MN a letra L em homenagem ao seu descobridor Assim o alelo M é LM e o alelo N é LN A Figura 13 mostra os três genótipos possíveis formados pelos alelos LM e LN e os fenótipos associados SNUSTAD SIMMONS 2017 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA 92 FIGURA 13 EXEMPLO DE CODOMINÂNCIA COM O SISTEMA SANGUÍNEO MN FONTE Snustad e Simmons 2017 p 105 62 ALELOS MÚLTIPLOS E POLIMORFISMO Até aqui nós aprendemos que cada gene possui dois alelos segundo a genética mendeliana um dominante e um recessivo e que existem também casos de alelos codominantes porém a genética moderna descobriu que existem genes que possuem três ou mais alelos ou seja uma única característica fenotípica é determinada por mais de dois alelos em um mesmo lócus A isso damos o nome de alelos múltiplos BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 Um exemplo disso é o sistema sanguíneo ABO que mencionamos brevemente no item anterior Como você deve lembrar acadêmico quando as células possuem apenas o antígeno A o sangue do indivíduo é tipo A quando tem apenas o antígeno B o sangue é tipo B Quando os dois antígenos estão presentes o sangue é tipo AB e quando não há antígeno A ou B o sangue é tipo O O gene responsável pela produção dos antígenos A e B é designado pela letra I Esse gene possui três alelos IA IB e i O alelo IA produz do antígeno A e o alelo IB o antígeno B no entanto o alelo i não especifica nenhum antígeno Assim entre os seis genótipos possíveis do sistema ABO existem quatro fenótipos os tipos sanguíneos A B AB e O Nesse sistema os alelos IA e IB são codominantes pois ambos são expressos igualmente em indivíduos heterozigotos IA IB Já o alelo i é recessivo em relação aos alelos IA e IB Os três alelos são encontrados em frequências consideráveis nas populações humanas assim dizse que o gene I é polimórfico o que significa que tem muitas formas SNUSTAD SIMMONS 2017 SILVEIRA 2019 TÓPICO 1 PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE 93 63 PLEITROPIA Pleitropia é o nome dado a um único gene que atua na manifestação de diversas características fenotípicas ao mesmo tempo Um exemplo em humanos é a doença fenilcetonúria O principal efeito de mutações recessivas nesse gene é a deficiência da enzima fenilalaninahidroxilase que resulta no acúmulo de substâncias tóxicas no organismo Porém como esse gene é pleiotrópico ele também interfere em outros fenótipos como a síntese de melanila Isso resulta no clareamento dos pelos do corpo por isso indivíduos fenilcetonúricos além das manifestações clínicas da doença costumam ter cabelos claros SNUSTAD SIMMONS 2017 64 HERANÇA MATERNA O genoma humano que estudamos ao longo de toda a Unidade 1 deste livro didático é composto pelo genoma contido no núcleo chamado genoma nuclear composto por mais de 30 mil genes e pelo genoma presente em nossas mitocôndrias chamado genoma mitocondrial composto por 37 genes As mitocôndrias que possuímos em nossas células são sempre de origem materna isto ocorre porque durante a fecundação as mitocôndrias do espermatozoide são degradadas restando no zigoto somente as mitocôndrias do ovócito Assim quando falamos em herança materna estamos nos referindo a distúrbios codificados por genes presentes no DNA mitocondrial o qual pode ser transmitido para ambos os sexos mas é sempre é herdado da mãe Figura 14 BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 FIGURA 14 HERANÇA MATERNA RELACIONADA AO GENOMA MITOCONDRIAL FONTE httpwwwplanetainvertebradoscombrimagensartigostextosimg20150131ol drkeovjja0jpg Acesso em 10 jun 2020 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA 94 65 HERANÇA INFLUENCIADA PELO SEXO Esse tipo de herança está relacionado a genes autossômicos mas o fenótipo é influenciado pelo sexo Em outras palavras é um tipo de herança autossômica cuja expressão é dependente da constituição hormonal Neste caso o sexo influencia a expressão fenotípica ou seja um indivíduo heterozigoto pode apresentar um fenótipo em um sexo e outro fenótipo no outro sexo mas não é limitada apenas ao sexo feminino ou masculino Um exemplo é a calvície humana O gene b é dominante em homens e recessivo em mulheres e só exerce seu efeito em heterozigotos na presença do hormônio masculino SILVEIRA 2019 66 HERANÇA LIMITADA PELO SEXO Essa herança também está relacionada a genes autossômicos mas sua expressão fenotípica é limitada pela presença ou ausência de um dos hormônios sexuais Assim seu efeito só se manifesta em um dos dois sexos Alguns exemplos são as características sexuais secundárias presença de barba volume dos seios forma de quadris femininos etc BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 7 EXTENSÕES DO MENDELISMO HERANÇA MULTIFATORIAL Todas as situações apresentadas até aqui são padrões de herança ligados a um único gene por isso são chamados monogênicos Hoje sabemos que além da herança monogênica existe a herança poligênica Ela ocorre quando uma característica é determinada pela combinação de vários genes ou seja pares de genes diferentes possuem efeito aditivo sobre eles mesmos e determinam um único fenótipo A herança poligênica é responsável pela grande variedade de fenótipos e genótipos existentes na natureza como as diferentes estaturas cor de pele e cor dos olhos humanos Quando esses diversos genes ainda sofrem a influência de fatores ambientais o que aumenta ainda mais a variabilidade genética dizemos que se trata de uma herança multigênica A expressão destes genes é distribuída em uma curva em forma de sino chamada distribuição normal Na herança multigênica a presença de cada gene soma ou subtrai um traço de forma independente dos outros genes Por isso a maioria dos indivíduos se localiza no meio da curva pois a probabilidade de herdar alguns fatores é maior do que a probabilidade de herdar todos ou nenhum FINEGOLD 2017 SILVEIRA 2019 A cor da pele humana é um exemplo de herança multigênica determinada por cinco genes Na Figura 15 você pode observar como o número de genes dominantes presentes em cada indivíduo contribuirá para a intensidade de pigmentação da sua pele e exemplos de heranças multifatoriais TÓPICO 1 PRINCÍPIOS DA HEREDITARIEDADE 95 FIGURA 15 EXEMPLOS DE HERANÇA MULTIGÊNICA FONTE Adaptado de Snustad e Simmons 2017 BorgesOsorio e Robinson 2013 Como você viu na Figura 15 várias anormalidades congênitas relativamente comuns e doenças familiares resultam de herança multifatorial Entre as principais doenças com causas multifatoriais estão a hipertensão o diabetes tipo 2 e alguns tipos de câncer Essas doenças surgem diante da soma de influências genéticas e ambientais Os traços multigênica multifatoriais raramente produzem padrões claros de herança entretanto estes traços tendem a ocorrer com mais frequência entre certos grupos étnicos e geográficos ou entre um sexo ou outro FINEGOLD 2017 96 Neste tópico você aprendeu que Gene é um pedaço de uma molécula de DNA responsável por transmitir uma característica genética A posição local que o gene ocupa no seu cromossomo é chamado de lócus ou loci A primeira lei de Mendel diz que os genes existem aos pares Os dois genes que ocupam a mesma posição no par de cromossomos homólogos um do pai um da mãe são chamados alelos e podem ser heterozigotos Aa ou homozigotos AA e aa A primeira lei de Mendel também define dominância e segregação Dominante é o gene cujo fenótipo é expresso mesmo na presença de uma única cópia do gene em predominância a um gene recessivo Já recessivo é o gene cuja característica não aparece expressa no estado heterozigótico o fenótipo só é expresso quando os dois alelos estiverem presentes Ex aa A lei da segregação diz que durante a meiose há uma separação dos dois alelos de modo que cada gameta receberá um deles aleatoriamente e com a mesma probabilidade A segunda lei de Mendel trata do conceito de distribuição independente pares diferentes de alelos são segregados separados ou distribuídos de maneira independente uns dos outros Quadrado de Punnett é uma ferramenta utilizada para prever a transmissão da hereditariedade em cruzamentos Essa previsão também pode ser realizada matematicamente fazendo uso da probabilidade Já os gráficos que representam a herança genética de determinada característica em uma família são chamados de heredogramas Uma herança monogênica autossômica dominante AaAA acomete cromossomos não sexuais e o fenótipo é expresso da mesma maneira em homozigotos e heterozigotos Já uma herança monogênica autossômica recessiva aa é expressa somente em indivíduos homozigotos A anemia falciforme é um exemplo de herança monogênica autossômica recessiva caracterizada pela presença da hemoglobina anômala HbS que resulta em hemácias com formato de foice RESUMO DO TÓPICO 1 97 Uma herança monogênica também pode afetar os cromossomos sexuais quando afetam genes do cromossomo Y são chamadas de holândricas e quando afetam genes do cromossomo X são chamadas de doenças ligadas ao sexo ou ligadas ao X O daltonismo e a hemofilia são exemplos de doenças recessivas ligadas ao X As heranças influenciadas pelo sexo são heranças autossômica cuja expressão é dependente da constituição hormonal como a calvície mas não é restrita a um dos sexos Já a herança limitada pelo sexo como o nome diz é limitada pela presença ou ausência de um dos hormônios sexuais por isso seu efeito só se manifesta em um dos dois sexos como a presença de seios Outros padrões não clássicos de herança incluem a codominância os alelos múltiplos o conceito de penetrância a pleitropia e a herança materna relacionada ao genoma mitocondrial Além da herança monogênica existe a herança poligênica quando uma característica é determinada pela combinação de vários genes que possuem efeito aditivo sobre eles mesmos Quando esses genes ainda sofrem a influência de fatores ambientais dizemos que se trata de uma herança multigênica A expressão da herança multigênica é distribuída em uma curva normal e alguns exemplos incluem a cor da pele e dos olhos a altura o peso etc 98 1 Desenhe o heredograma da sua família a partir dos seus avós e escolha uma característica como afetado pode ser uma doença hereditária conhecida ou uma característica física como cabelos louros ou olhos azuis 2 As Leis de Mendel que constituem a base da Genética são baseadas em experimentos realizados no século XIX com plantas de ervilha de cheiro Pisum sativum SNUSTAD SIMMONS 2017 Mendel acreditava que as características das ervilhas de cheiro eram baseadas em a Herança de fatores genes originados de ambos os progenitores b Herança de fatores genes originados de apenas um progenitor c Características desconhecidas dos progenitores no momento da polinização d Características adquiridas de um dos progenitores antes da polinização 3 Hoje sabemos que os fatores descritos por Mendel em seus experimentos com ervilhas são na verdade genes e sabemos que as formas dominante e recessiva são denominadas alelos VARGAS 2014 Segundo o que você aprendeu sobre genética básica um alelo é a Sinônimo de gene b Um genótipo homozigoto c Um genótipo heterozigoto d Uma de várias formas possíveis de um gene 4 As palavras genótipo e fenótipo são conceitos muito utilizados em genética para descrever atributos de um indivíduo De acordo com o conhecimento adquirido ao longo do Tópico 1 analise as afirmações a seguir e assinale a resposta correta I Fenótipo é o conjunto de características observáveis físicas expressas em um organismo II Fenótipo é o conjunto de genes que um indivíduo possui e que é expresso em características físicas especiais III Genótipo é a constituição genética de um organismo ou seja o conjunto de genes que um indivíduo possui IV Genótipo são os diferentes tipos de genes que existem em uma espécie a As alternativas I e IV estão corretas b As alternativas I e III estão corretas c As alternativas II e IV estão corretas d As alternativas II e III estão corretas AUTOATIVIDADE 99 5 Quando o genótipo de um indivíduo consiste em um alelo dominante e um alelo recessivo para uma determinada característica o fenótipo desse indivíduo será referente a qual alelo a Ambos b O dominante c O recessivo d Nenhum 6 A ideia de que diferentes pares de alelos são passados para a prole de forma independente é baseado no princípio de Mendel da 1 A ideia de que para qualquer característica o par de alelos de cada progenitor se separa e apenas um dos alelos é transmitido para a prole é o princípio de Mendel de 2 Os números 1 e 2 nas frases anteriores são referentes respectivamente a a Segregação e distribuição independente b Hibridização e segregação c Distribuição independente e segregação d Codominância e hibridização 7 Um trato recessivo será observado em indivíduos que são para este trato O espaço em branco é referente a a Heterozigotos b Haploides c Homozigotos d Diploides 8 Imagine que você está realizando um cruzamento envolvendo a cor da semente de plantas de ervilha Qual descendência F1 você esperaria se cruzasse progenitores puros com sementes verdes e amarelas Você sabe que a cor amarela é dominante sobre a verde a 100 plantas verdes b 100 plantas amarelas c 50 plantas verdes e 50 plantas amarelas d 75 plantas amarelas e 25 plantas verdes 100 101 UNIDADE 2 1 INTRODUÇÃO Olá acadêmico seja bemvindo ao segundo tópico da Unidade 2 do livro de Genética Humana e Médica Você aprendeu na Unidade 1 deste livro didático que nós humanos possuímos 23 pares de cromossomos totalizando 46 O número 2n de 46 cromossomos é chamado diploide e corresponde à maioria das células somáticas Já o número n é chamado haploide e corresponde aos gametas sexuais A espécie humana possui dois tipos de cromossomos sexuais o cromossomo X e o cromossomo Y que define o gênero masculino Durante a meiose no sexo masculino os cromossomos X e Y se separam produzindo dois tipos de espermatozoide um que tem X e outro que tem Y enquanto que indivíduos XX do sexo feminino só produzem um tipo de ovócito com X No Tópico 1 da Unidade 2 você viu que Mendel elaborou dois princípios de transmissão genética 1 os alelos de um mesmo gene são segregados e 2 os alelos de dois genes diferentes são distribuídos de modo independente A constatação de que os genes estão localizados nos cromossomos e o comportamento meiótico dos cromossomos são a base dos princípios de segregação e distribuição independente que formam as Leis de Mendel Neste segundo tópico nós iremos estudar as principais alterações genéticas envolvendo os cromossomos humanos Ao final dele você deverá ser capaz de entender os principais conceitos relacionados a um cariótipo normal e as principais alterações que resultam em anormalidades cromossômicas Também saberá diferenciar aneuploidia de rearranjos cromossômicos bem como conhecer os principais tipos de trissomias e monossomias e o impacto de deleções inversões duplicações e translocações Lembrese que sua participação e comprometimento com a disciplina são fundamentais para o seu sucesso 2 CARIÓTIPOS NORMAIS Cariótipo é o nome dado ao conjunto diploide 2n de cromossomos das células somáticas No cariótipo os cromossomos são estudados em relação à sua quantidade e estrutura e é possível determinar a normalidade ou anormalidade dos 46 cromossomos que compõem a espécie humana LEWIS 2010 Mas como é possível avaliar os cromossomos de um indivíduo TÓPICO 2 ALTERAÇÕES CROMOSSÔMICAS 102 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA Como vimos na unidade anterior os cromossomos só podem ser visualizados durante a metáfase da divisão celular Isso acontece porque no resto do tempo eles estão desenovelados na forma de fitas de DNA é somente durante a metáfase que os cromossomos estão condensados ao máximo Na Unidade 3 deste livro didático você irá aprender técnicas de citogenética e biologia molecular Neste momento é importante que você saiba apenas que a técnica clássica para estudar o cariótipo de um indivíduo consiste na coloração de células em divisão com determinados corantes e posterior observação em um microscópio onde os campos são fotografados A partir dessas fotografias os cromossomos são recortados e organizados aos pares sobre uma folha de papel Essa ordenação de cromossomos é chamada cariograma e você pode observála na Figura 16 BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 FIGURA 16 CARIOGRAMA E CARACTERÍSTICAS DOS CROMOSSOMOS HUMANOS FONTE BorgesOsório e Robinson 2013 p 101 106 A ordenação dos cromossomos em um cariograma leva em consideração o tamanho e a posição do centrômero Você deve se lembrar da Unidade 1 que o centrômero classifica os cromossomos humanos em três tipos metacêntricos quando o centrômero é central e divide o cromossomo em dois braços iguais submetacêntricos quando o centrômero está um pouco distante do centro dividindo o cromossomo em braços ligeiramente desiguais e acrocêntricos quando o centrômero está mais próximo de uma das extremidades dividindoo em dois braços completamente desiguais TÓPICO 2 ALTERAÇÕES CROMOSSÔMICAS 103 Quanto ao tamanho os cromossomos são considerados grandes médios pequenos e muito pequenos sendo classificados em ordem decrescente de tamanho em sete grupos denominados de A a G e numerados aos pares de 1 a 22 além dos cromossomos sexuais Assim o Par 1 é o de maior tamanho e é metacêntrico portanto pertencente ao grupo A já o Par 22 é o menor e é acrocêntrico pertence ao grupo G Figura 16 BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 O centrômero também divide as cromátidesirmãs em braços longos e curtos Os braços longos são chamados de q e os braços curtos de p do francês petit pequeno Cada braço do cromossomo é subdividido em Regiões 1 2 etc partindo sempre do centrômero Assim quando você ler por exemplo 7p2 isso significa que estamos falando da Região 2 do braço curto do cromossomo 7 Além disso cada região do cromossomo é subdividida em bandas a partir do centrômero chamadas de Banda 1 Banda 2 e assim por diante Algumas bandas são ainda subdivididas em subbandas e são identificadas por um número decimal depois do número da banda respectiva Por exemplo a Região 3 do braço longo do cromossomo 7 7q31 possui três subbandas 1 2 e 3 Figura 17 SNUSTAD SIMMONS 2017 FIGURA 17 DIVISÃO DO CROMOSSOMO 1 EM BRAÇOS REGIÕES E BANDAS FONTE Adaptado de Silva 2015 É importante saber também que os cariótipos são descritos pelo número de cromossomos acompanhado da constituição cromossômica sexual que irá definir o gênero do indivíduo e de qualquer alteração presente Assim um homem normal será definido como 46XY enquanto uma mulher normal será 46XX As alterações cromossômicas devem ser precedidas por vírgula após os cromossomos sexuais por exemplo uma criança do sexo masculino com síndrome de Down devido à trissomia do cromossomo 21 é referida como 47XY 21 enquanto uma menina com deleção do braço curto do cromossomo 5 síndrome do miado do gato será representada como 46XX 5p ou 46XX del5p SNUSTAD SIMMONS 2017 Não se preocupe que nós iremos falar sobre cada uma dessas alterações genéticas mais para frente nesta apostila atentese neste momento a entender como é feita a leitura dos cariótipos e de suas principais alterações 104 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA 3 CARIÓTIPOS ALTERADOS Como você deve imaginar acadêmico alterações no número na estrutura dos cromossomos podem resultar em diversos distúrbios genéticos com manifestações clínicas importantes Neste tópico iremos abordar algumas delas Quando a alteração ocorre no número de cromossomos dizemos que são variações na ploidia A Figura 18 mostra que essas alterações ocorrem por erros durante o processo de meiose ou pela não separação dos cromossomos homólogos na meiose I ou pela não separação das cromátidesirmãs durante a meiose II Assim organismos com conjuntos completos ou normais de cromossomos são chamados euploides Você sabe que a euploidia na espécie humana ou seja o número de conjuntos normais na nossa espécie é 2n isto é diploide Organismos que têm conjuntos adicionais inteiros de cromossomos são chamados poliploides e podem ser triploides 3n tetraploides 4n ou mais Na espécie humana essa condição é incompatível com a vida e portanto não existem humanos poliploides apesar de ser algo relativamente comum em algumas espécies de plantas e animais O que acontece no homem considerando as alterações cromossômicas numéricas é a deficiência ou o excesso de determinado cromossomo e não do genoma inteiro Para isso damos o nome de aneuploidia A perda de um cromossomo por exemplo é chamada monossomia enquanto que a adição de um cromossomo extra é chamada trissomia BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 No Quadro 3 estão descritas as principais alterações numéricas e suas respectivas nomenclaturas FIGURA 18 ORIGEM DAS ALTERAÇÕES CROMOSSÔMICAS NUMÉRICAS FONTE Adaptado de FGO 2019 TÓPICO 2 ALTERAÇÕES CROMOSSÔMICAS 105 NOMENCLATURA ALTERAÇÃO NUMÉRICA NÚMERO DE LOTES CROMOSSOMOS EUPLOIDIA o cariótipo apresenta o número normal de cromossomos Diploidia 2n 46 POLIPLOIDIA todo o conjunto de cromossomos é multiplicado incompatível com a espécie humana Triploidia 3n Tetraploidia 4n Poliploidia 5n ou mais ANEUPLOIDIA excesso ou ausência de um determinado cromossomo Nulissomia 2n 2 perda de um par de cromossomos Monossomia 2n 1 perda de apenas um cromossomo Trissomia 2n 1 ganho de um cromossomo Tetrassomia 2n 2 ganho de um par de cromossomo FONTE A autora QUADRO 3 TIPOS DE ALTERAÇÕES NUMÉRICAS Além das alterações no número de cromossomos existem diversos tipos de alterações em sua estrutura Por exemplo um fragmento de um cromossomo pode ser fundido a outro cromossomo ou um segmento dentro de um cromossomo pode ser invertido em relação ao restante deste cromossomo Essas alterações estruturais são denominadas rearranjos e os principais tipos podem ser vistos na Figura 19 SNUSTAD SIMMONS 2017 FIGURA 19 PRINCIPAIS TIPOS DE REARRANJOS CROMOSSÔMICOS FONTE Adaptado de Oliveira 2008 106 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA 4 ALTERAÇÕES CROMOSSÔMICAS NUMÉRICAS Você aprendeu que as anomalias cromossômicas numéricas na espécie humana recebem o nome de aneuploidias e ocorrem devido a meioses atípicas durante o processo de gametogênese o que resulta na produção de gametas espermatozoide e ovócito com quantidade genômica haploide alterada Essas alterações ocorrem principalmente durante a separação dos cromossomos homólogos anáfase I e durante a separação das cromátidesirmãs anáfase II Quando ocorre a fecundação de um desses gametas alterados a contribuição genética dessas células alteradas leva ao surgimento de indivíduos com cariótipo anormal 41 TRISSOMIAS A anormalidade cromossômica mais comum em seres humanos é a síndrome de Down uma aneuploidia causada pela presença de um cromossomo 21 a mais Também é conhecida como trissomia do 21 e afeta igualmente indivíduos de ambos os sexos BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 Sua frequência é de 11500 casos em mulheres com menos de 25 anos e 1100 casos em mulheres de 40 anos Esse aumento é causado por fatores que afetam a meiose à medida que a mulher envelhece Nós vimos na Unidade 1 que nas mulheres a meiose começa na vida fetal mas só é concluída depois da fertilização do ovócito Durante todo o período antes da fertilização as células meióticas permanecem na prófase da primeira divisão Quanto maior é a duração da prófase maior é a chance de que não haja pareamento adequado ou disjunção do cromossomo Portanto as mulheres mais velhas são mais propensas a produzir ovócitos aneuploides SNUSTAD SIMMONS 2017 Estudos mais recentes mostram que a idade paterna avançada 55 anos também aumenta o risco da síndrome Além do comprometimento mental as principais características físicas de indivíduos com síndrome de Down estão descritas na Figura 20 BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 A figura também mostra o cariótipo de uma paciente com a síndrome 47 cromossomos incluindo dois cromossomos X e um cromossomo 21 extra Portanto o cariótipo é 47 XX 21 SNUSTAD SIMMONS 2017 Além da trissomia do 21 também há relatos de trissomias dos cromossomos 8 9 13 18 e 22 porém são bem mais raras e quase sempre fatais A síndrome de Edwards ou trissomia do 18 por exemplo leva a óbito 95 dos bebês antes mesmo do nascimento e somente 5 a 10 completam o primeiro ano de vida As outras trissomias viáveis observadas em seres humanos estão relacionadas aos cromossomos sexuais BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 TÓPICO 2 ALTERAÇÕES CROMOSSÔMICAS 107 FIGURA 20 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE INDIVÍDUOS COM SÍNDROME DE DOWN FONTE Adaptado de httpsimage1slideservecom2168666autosomalnondisjunctionrela teddisordersljpg Sinustad e Simmons 2017 p 187 Acesso em 10 jun 2020 O cariótipo triploX 47 XXX por exemplo ocorre em indivíduos do sexo feminino Estas mulheres não apresentam grandes alterações fenotípicas e essa aparente normalidade acontece porque dois dos seus três cromossomos X são inativados de maneira que se aproxime do nível de uma mulher de cariótipo normal Apenas em alguns casos esses indivíduos irão apresentar leve comprometimento mental e diminuição da fertilidade O cariótipo 47 XXY chamado de síndrome de Klinefelter também é uma trissomia viável Esses indivíduos têm três cromossomos sexuais dois X e um Y e a presença do cromossomo Y faz com que tenham fenótipo masculino A presença de dois cromossomos X no entanto faz com que esses homens apresentem algumas características sexuais secundárias femininas como quadris arredondados e desenvolvimento de mamas e eles geralmente são estéreis As principais características e o cariótipo padrão da síndrome de Klinefelter estão descritos na Figura 21 Vale lembrar acadêmico que o cariótipo XXY pode originarse pela fertilização de um ovócito anormal XX por um espermatozoide Y ou pela fertilização de um ovócito X por um espermatozoide anormal XY e a mesma ideia vale para indivíduos triploX Todos os indivíduos com síndrome de Klinefelter têm um ou mais corpúsculos de Barr nas células e aqueles que têm mais de dois cromossomos X geralmente têm algum grau de comprometimento mental Finalmente o cariótipo 47 XYY ou duploY é outra trissomia viável que afeta indivíduos do sexo masculino Exceto pela tendência a serem mais altos que os homens 46 XY eles não apresentam nenhuma alteração fenotípica importante SNUSTAD SIMMONS 2017 108 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA FONTE Adaptado de httpslamedicinaesteticafileswordpresscom201706medicinaonline sindromeklinefeltercariotipocausesintomicurageneticamalattiajpgw640 Acesso em 10 jun 2020 FIGURA 21 CARACTERÍSTICAS E CARIÓTIPO DA SÍNDROME DE KLINEFELTER CORPÚSCULO DE BAAR Na década de 1940 o cientista inglês Murray Barr observou no interior do núcleo das cé lulas somáticas de mamíferos um corpúsculo intensamente corado que só era encontra do em fêmeas Ele chamouo de corpúsculo de Barr ou cromatina sexual Hoje sabemos que se trata de um dos cromossomos X que se encontra condensado durante a interfase e portanto é inativo Você aprendeu neste livro que as mulheres possuem dois cromossomos X um de origem materna e outro de origem paterna mas você pode se perguntar se uma mulher possui genótipo XX ela não deveria ter o dobro de produtos de um gene presentes neste cro mossomo quando comparado com um homem XY que possui apenas um cromossomo X A resposta é não E isso acontece devido a um fenômeno chamado compensação de dose que leva a formação do corpúsculo de Baar A compensação de dose torna um dos cromossomos X da mulher inativos a fim de compensar a dose dupla de genes presentes nestes cromossomos no sexo feminino Isso faz com que apenas um dos alelos X se manifeste Assim o número de genes ativos no cromossomo X tornase igual em homens e mulheres Por isso acadêmico as mulheres sempre possuem em suas células um corpúsculo de Barr enquanto os homens exceto os da síndrome de Klinefelter não possuem nenhum Isso também explica porque mulheres triploX costumam ser normais pois dois dos seus cromossomos X são inativados e apenas um se manifesta Esses indivíduos possuem portanto duas cromatinas sexuais ALBERTS et al 2002 ATENCAO TÓPICO 2 ALTERAÇÕES CROMOSSÔMICAS 109 FONTE Adaptado de Bourroul 2012 CORPÚSCULO DE BAAR 42 MONOSSOMIAS Como você aprendeu acadêmico monossomia é a ausência de um cromossomo em um indivíduo diploide Em seres humanos só existe um tipo de monossomia compatível com a vida e ela também afeta os cromossomos sexuais o cariótipo 45 X conhecido como síndrome de Turner Esses indivíduos têm apenas um cromossomo X portanto seu fenótipo é feminino mas possuem ovários pequenos e são quase sempre estéreis Como você pode ver na Figura 22 o cariótipo 45 X pode se originar de duas maneiras ou de ovócitos ou espermatozoides sem um cromossomo sexual devido a erros na meiose ou da perda de um cromossomo sexual durantes a mitose após a fertilização Essa última possibilidade é explicada por um fenômeno chamado mosaicismo e pela constatação de que muitos indivíduos com síndrome de Turner são mosaicos somáticos SNUSTAD SIMMONS 2017 Em genética mosaico é quando um indivíduo possui células com dois materiais genéticos diferentes porém provenientes do mesmo zigoto O mosaicismo acontece devido a não disjunção dos cromossomos em uma divisão mitótica o que resulta em populações de células com cariótipo normal e outras populações com alguma anormalidade 110 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA Geralmente esse distúrbio ocorre como uma variação no número de cromossomos nas células do corpo no caso da Síndrome de Turner os indivíduos possuem algumas células normais 46 XX e algumas células alteradas 45 X As pessoas com cariótipo 45 X não têm corpúsculos de Barr o que indica que o único cromossomo X presente não foi inativado PIERCE 2016 FONTE Adaptado de Snustad e Simmons 2017 p 190 httpswwwscielobrimgrevistas hcsmv16n206f2jpg httpsimagesuncycorgptthumb33cSindromedeturnerjp g250pxSindromedeturnerjpg Acesso em 10 jun 2020 FIGURA 22 ORIGEM E CARACTERÍSTICAS DA SÍNDROME DE TURNER 5 ALTERAÇÕES CROMOSSÔMICAS ESTRUTURAIS Você aprendeu no início deste tópico que a ausência de um pedaço do cromossomo é chamada deleção A deleção resulta em um genoma hipoploide ou seja com diminuição ou perda de material genético Como você deve imaginar a perda de segmentos cromossômicos causa danos graves ao organismo mas a severidade dos possíveis fenótipos associados a essas anomalias depende do tamanho do fragmento envolvido quanto maior mais genes perdidos e de quais genes estão nele localizados são vitais ao desenvolvimento Um exemplo clássico de deleção é a síndrome criduchat do francês miado de gato que mencionamos anteriormente neste tópico Seu nome foi inspirado no tipo característico de choro das crianças portadoras agudo e alto como um miado de gato Esses indivíduos costumam apresentar grave comprometimento físico e mental e outras características estão descritas na Figura 23 A síndrome afeta 1 em 50000 nascimentos e é causada por uma deleção no braço curto do cromossomo 5 Um indivíduo do sexo feminino com síndrome do miado de gato tem cariótipo 46 XX del5 p14 que indica a ausência de bandas no braço curto p de um dos cromossomos 5 SNUSTAD SIMMONS 2017 PIERCE 2016 TÓPICO 2 ALTERAÇÕES CROMOSSÔMICAS 111 FONTE Adaptado de Snustad e Simmons 2017 p 191 https3bpblogspotcomHhxlU6G 32ZgWHqtzvWafPIAAAAAAAAA2UhFJvyh8j7qYzzNIx9XGnH2IRO3JH2EwCLcBs400carac teristicassindromedeangelmanjpg Acesso em 10 jun 2020 FIGURA 23 CARACTERÍSTICAS DA SÍNDROME DE CRIDUCHAT Você também aprendeu que a presença de um pedaço duplicado do cromossomo é chamada duplicação O segmento extra faz com que o organismo se torne hiperploide em relação à parte de seu genoma mas esta em geral é uma alteração bem menos nociva do que a deleção e a maioria não traz consequências fenotípicas importantes Uma exceção é a Síndrome de CharcotMarieTooht caracterizada pela duplicação de pequenos fragmentos do cromossomo 17 o que resulta na perda de sensibilidade das mãos e dos pés SNUSTAD SIMMONS 2017 As inversões que acontecem quando um segmento do cromossomo é invertido ou seja gira 180 são outras alterações cromossômicas que não possuem impacto clínico relevante Como não há mudança na quantidade de material genético a maioria das inversões não causam anormalidades desde que o rearranjo esteja equilibrado sem DNA extra ou ausente Cerca de 2 da população mundial possui inversões detectáveis por microscopia ótica sem saber alguns destes indivíduos poderão apenas apresentar diminuição na fertilidade devido à produção de gametas anormais A inversão mais comum em humanos é no cromossomo 9 a inv 9 p12q13 que não possui efeitos prejudiciais além de um possível risco aumentado de abortos e problemas de fertilidade MUTHUVEL et al 2016 PIERCE 2016 Finalmente as translocações são causadas pelo rearranjo de partes entre cromossomos não homólogos Essas alterações cromossômicas têm um papel importante no surgimento de alguns tipos de câncer como você verá mais adiante nesta unidade Um tipo importante de translocação são as Robertsoninanas ou fusões cêntricas que acontecem quando dois cromossomos acrocêntricos se fundem próximos da região do centrômero e perdem seus braços curtos Cerca de 5 dos casos de síndrome de Down são causados por uma translocação Robertsoniana entre o cromossomo 21 e o cromossomo 14 como você pode ver na Figura 24 112 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA FONTE Adaptado de Kolgeci et al 2015 FIGURA 24 TRANSLOCAÇÃO ROBERTSONIANA NA SÍNDROME DE DOWN A Síndrome de Hutchinson Gilford conhecida como Progeria é uma doença genética extremamente rara incurável e fatal que afeta um entre cada 4 milhões de nas cimentos Até hoje só foram relatados cerca de 100 casos em todo o mundo As crianças com a síndrome nascem aparentemente normais porém com aproximadamente um ano de idade elas começam a aparentar sintomas de envelhecimento precoce cerca de sete vezes maior em relação à taxa normal Elas vivem em média até os 134 anos e geral mente morrem por infarto agudo no miocárdio A progeria é causada por uma mutação pontual no gene LMNA localizado no cromossomo 1 do cariótipo humano SINHA et al 2014 Para saber mais sobre a Progeria você pode assistir ao documentário da HBO A vida de acordo com Sam 2013 legendado disponível no YouTube httpswwwyoutubecom watchvGxX6sFIGyc INTERESSANTE FONTE httpswwwprogeriaresearchorgwpcontentuploads2019041Progeria FAQssquarejpg Acesso em 10 jun 2020 113 RESUMO DO TÓPICO 2 Neste tópico você aprendeu que Cariótipo é o conjunto diploide 2n de cromossomos das células somáticas de um organismo e cariograma é sua ordenação de acordo com o tamanho e posição do centrômero No cariótipo os cromossomos são estudados em relação a sua quantidade e estrutura Eles são descritos pelo número de cromossomos mais a constituição cromossômica sexual seguida de qualquer alteração Ex 46 XX 46 XY 21 Alterações no número de cromossomos são variações na ploidia e ocorrem por erros durante o processo de meiose pela não separação dos cromossomos homólogos na meiose I ou pela não separação das cromátidesirmãs na meiose II Organismos que têm conjuntos adicionais inteiros de cromossomos 3n 4n 5n são chamados poliploides e essa condição é incompatível com a vida humana A ausência ou o excesso de determinado cromossomo é chamado de aneuploidia A aneuploidia com perda de um cromossomo é chamada monossomia enquanto que a adição de um cromossomo extra é chamada trissomia A síndrome de Down ou trissomia do 21 47 XX ou XY 21 é a aneuploidia mais comum em humanos Outras trissomias importantes envolvem os cromossomos sexuais como a síndrome de Klinefelter 47 XXY e do triplo X 47 XXX A síndrome de Turner 45 X é um exemplo de monossomia em que há ausência de um cromossomo X É também um exemplo de mosaicismo que é quando um indivíduo possui células com dois materiais genéticos diferentes As alterações estruturais dos cromossomos são chamadas rearranjos e podem ser duplicações inversões translocações e deleções Destas as deleções e translocações têm maior relevância clínica Nas deleções há perda de material genético o que resulta em várias síndromes como a do miado de gato Já as translocações envolvem a troca de material genético entre os cromossomos homólogos e estão relacionadas ao desenvolvimento de cânceres 114 1 O cariótipo é o conjunto de cromossomos de uma célula Na espécie humana existem 46 cromossomos nas células somáticas 2n 6 A partir dessas informações analise o cariótipo humano a seguir AUTOATIVIDADE FONTE httpwwwcitogenecombrimgimgtrissomiadocromossoma21gif Acesso em 10 jun 2020 CARIÓTIPO DE UMA PACIENTE PORTADORA DA SÍNDROME DE DOWN 47 XX 21 Analise as afirmações acerca do indivíduo que possui o cariótipo apresentado e assinale a alternativa correta I É do sexo feminino II É do sexo masculino III Não apresenta nenhuma alteração quanto ao número de cromossomos IV Possui Síndrome de Down V Possui Síndrome de Turner a As afirmativas I e IV estão corretas b As afirmativas II e IV estão corretas c As afirmativas I e III estão corretas d As afirmativas I e V estão corretas 2 O cariótipo é um método que analisa células de um indivíduo para determinar seu padrão cromossômico Essa técnica consiste na montagem fotográfica em sequência dos pares de cromossomos e permite identificar um indivíduo normal 46 XX ou 46 XY ou com alguma alteração cromossômica SNUSTAD SIMMONS 2017 A investigação do cariótipo de 115 um indivíduo do sexo masculino com alterações físicas e comprometimento cognitivo verificou que ele apresentava o seguinte cariótipo 47 XY 18 Esta alteração cromossômica pode ser classificada como a Estrutural do tipo deleção b Numérica do tipo euploidia c Estrutural do tipo duplicação d Numérica do tipo aneuploidia 3 Quais são os cariótipos de I uma mulher com síndrome de Down II um homem com trissomia do13 III uma mulher com síndrome de Turner IV um homem com síndrome de Klinefelter V um homem com deleção no braço curto do cromossomo 11 a I 46 XX 21 II 46 XY 13 III 46 X IV 46 XXY V 46 XY11 b I 45 X II 47 XXY III 47 XX 21 IV 47 XY 13 V 46 XY del11p c I 47 XX 21 II 47 XY 13 III 45 X IV 47 XXY V 46 XY del11p d I 46 XX 22 II 47 XY 13 III 45 X IV 47 XX Y V 46 XY 11p 4 Uma mulher com cariótipo 47 XXX tem cariótipo anormal Assinale a alternativa correta referente a essa anomalia a Caracterizase pela presença de um corpúsculo de Barr b Pode ter origem no gameta paterno c É uma aneuploidia autossômica d É uma triploidia estrutural 5 Em uma olimpíada a ausência de corpúsculo de Barr cromatina sexual nas células interfásicas da mucosa bucal pode ser um critério para a exclusão de atletas de uma competição feminina Sabendose que o corpúsculo de Barr corresponde a um cromossomo X inativo heterocromatina analise as seguintes afirmativas I Nas mulheres o cromossomo X inativo é preferencialmente o cromossomo X de origem paterna II A ausência de cromatina sexual nas células interfásicas da mucosa bucal não permite detectar mulheres com cariótipo alterado é preciso que seja utilizada uma célula sexual uma vez que se trata de uma doença ligada ao X III A inativação do cromossomo X faz com que a quantidade de genes ativos nas células das fêmeas dos mamíferos seja igual à quantidade de genes ativos nas células dos machos A esse mecanismo dáse o nome de compensação de dose IV O exame de corpúsculo de Barr permite detectar indivíduos aneuploides com cariótipo 47 XXX e 47 XXY 116 Assinale a alternativa correta a As afirmativas I e III estão corretas b As afirmativas I e II estão corretas c As afirmativas I III e IV estão corretas d As afirmativas III e IV estão corretas 117 UNIDADE 2 1 INTRODUÇÃO Olá acadêmico seja bemvindo ao terceiro tópico da Unidade 2 do Livro Didático de Genética Humana e Médica Você aprendeu na disciplina de Imunologia que o sistema imunológico humano é formado por diversas células moléculas tecidos e órgãos que têm a função de combater microrganismos invasores e manter a homeostase Isso é possível porque a principal característica do sistema imune é a capacidade de reconhecer o que é próprio do nosso corpo e o que é estranho ou não próprio Quando o sistema imune reconhece um agente estranho antígeno as células de defesa são mobilizadas para gerar uma resposta para neutralizar essa possível ameaça Assim chamamos de autoantígeno quando o corpo o percebe como próprio e aloantígeno quando é percebido como estranho provocando uma resposta imune Neste Tópico 3 abordaremos os fascinantes conceitos de imunogenética que trata dos aspectos genéticos dos antígenos anticorpos e suas interações No final dele você deverá ser capaz de entender os fundamentes de cinco temas importantes a diversidade dos receptores antigênicos o sistema de grupos sanguíneos eritrocitários os transplantes de tecidos e órgãos as imunodeficiências e as doenças autoimunes Estes assuntos são bastante práticos e têm impacto direto na rotina laboratorial do profissional biomédico por isso estude bastante os temas abordados e procure os materiais complementares sugeridos ao longo do texto Bom aprendizado 2 PRINCÍPIOS DA IMUNIDADE Como resumimos na Figura 25 acadêmico a resposta imunológica é dividida para fins didáticos em imunidade inata e imunidade adaptativa ou adquirida A imunidade inata é uma resposta rápida e não específica a um número grande mas limitado de estímulos e independe de contato prévio com aquele antígeno Tratase da primeira defesa do organismo frente a um dano tecidual e sua intensidade não se altera em uma segunda exposição A imunidade inata compreende barreiras físicas químicas e biológicas células especializadas e moléculas solúveis TÓPICO 3 IMUNOGENÉTICA 118 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA As principais células efetoras desse tipo de resposta são macrófagos neutrófilos células dendríticas e células NK natural killer CRUVINEL et al 2010 MESQUITA JUNIOR et al 2010 GELLER SCHEINBERG 2015 A resposta imune adaptativa por sua vez depende da ativação de células especializadas chamadas linfócitos As principais características da resposta adquirida são especificidade e diversidade de reconhecimento memória resposta especializada autolimitação e tolerância a autoantígenos A resposta imune mediada por linfócitos T é chamada de resposta imune celular Ela depende também de células apresentadoras de antígenos APCs que desempenham um papel fundamental ao apresentar antígenos associados a moléculas do complexo de histocompatibilidade principal MHC para os linfócitos T Já a resposta mediada por linfócitos B é chamada resposta imune humoral e envolve a produção de imunoglobulinas ou anticorpos Como vimos na introdução deste tópico a imunogenética estuda principalmente os aspectos genéticos e as interações entre antígenos e anticorpos por isso iremos começar aprofundando um pouco mais sobre esses conceitos CRUVINEL et al 2010 ABBAS LICHTMAN PILLAI 2017 FIGURA 25 RESPOSTA IMUNE INATA E ADQUIRIDA FONTE Abbas Lichtman e Pilai 2017 p 3 3 VARIEDADE DE RECEPTORES ANTIGÊNICOS Você pode se perguntar acadêmico se um dos princípios da resposta imune adquirida é a especificidade como é possível que o corpo produza um anticorpo específico para cada tipo de antígeno com o qual um indivíduo entrará em contato ao longo da vida De fato os componentes função imunológica adaptativa são capazes de reconhecer quantidade praticamente ilimitada de antígenos e nós iremos explicar brevemente como isso acontece TÓPICO 3 IMUNOGENÉTICA 119 Cada linfócito maduro é programado geneticamente para atacar apenas um antígeno específico ou seja cada célula B madura produz anticorpos contra um único antígeno assim como cada célula T é capaz de se ligar a um tipo específico de antígeno exógeno Por isso dizse que a ligação antígenoanticorpo é do tipo chavefechadura O reconhecimento de antígenos pelos linfócitos B e T é feito por receptores chamados receptores de antígenos B BCR e receptores de antígenos T TCR Os TCRs reconhecem somente antígenos ligados à superfície de moléculas MHC presentes na superfície de células APCs já os BCRs são as imunoglobulinas ou anticorpos BORGESOSÓRIO 2013 Na espécie humana são encontrados cinco tipos de imunoglobulinas IgG IgA IgM IgD e IgE As imunoglobulinas como mostra a Figura 26 possuem quatro cadeias polipeptídicas duas cadeias pesadas H heavy e duas cadeias leves L ligth ambas idênticas e ligadas entre si por pontes de dissulfeto A porção FAB da imunoglobulina é aquela que se liga ao antígeno enquanto a região FC corresponde ao corpo e é a porção que se liga aos receptores celulares Cada cadeia leve e pesada possui ainda uma região variável e outra constante A extremidade das regiões variáveis chamadas parátopos ou sítios combinatórios são consideradas hipervariáveis e conferem especificidade ao anticorpo ou seja permitem que eles se liguem aos diferentes tipos de antígenos a região do antígeno que se liga ao parátopo é chamada epítopo ABBAS LICHTMAN PILLAI 2017 FIGURA 26 ESTRUTURA DAS IMUNOGLOBULINAS HUMANAS FONTE httpswwwinfoescolacomwpcontentuploads201004anticorposjpg Acesso em 10 jun 2020 Os anticorpos são proteínas portanto são sequências de aminoácidos codificadas a partir do genoma humano A partir do momento em que células T e B se diferenciam em células T ou B maduras ocorre um rearranjo de vários genes éxons como mostra a Figura 27 Esse rearranjo é chamado de recombinação somática Em outras palavras os genes que codificam os TCRs e BCRs são formados por segmentos de genes que se recombinam de forma aleatória antes da transcrição Isso permite que uma quantidade limitada de segmentos gênicos codifique uma infinidade de receptoresanticorpos garantindo a hipervariabilidade e a especificidade geneticamente determinada para cada tipo de antígeno 120 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA Em resumo a infinita especificidade dos TCRs e BCRs é possível graças ao rearranjo de segmentos gênicos no DNA dos linfócitos B e T BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 FIGURA 27 RECOMBINAÇÃO SOMÁTICA E VARIABILIDADE DOS RECEPTORES DE ANTÍGENOS FONTE httpswwwmicrobiologybookorgPortuguesechap6fig2GIF Acesso em 10 jun 2020 4 SISTEMAS ABO E RH Os grupos sanguíneos são antígenos localizados na superfície das hemácias e são exemplos de polimorfismos importantes como marcadores genéticos Como você viu no Tópico 1 desta unidade polimorfismo é a ocorrência de dois ou mais alelos alternativos para um mesmo gene e são resultados de mutações substituições deleções inserções e encadeamentos alternativos em um segmento de gene nucleotídeo códon ou sequências maiores que resultam na alteração do produto final codificado Já o termo marcadores genéticos refere se àquelas características com padrões simples de herança fenótipos facilmente identificáveis frequências alélicas relativamente altas em diferentes populações e ausência de influência de fatores ambientais que por estes motivos são úteis em estudos familiares e populacionais Os sistemas de grupos sanguíneos são marcadores importantes para transfusões de sangue transplantes de órgãos obstetrícia medicina legal genética forense e na investigação de paternidade Atualmente são conhecidos mais de 300 antígenos eritrocitários dos quais 270 estão agrupados em cerca de 30 sistemas de grupos sanguíneos diferentes Alguns desses sistemas são muito comuns entre os indivíduos da espécie humana como os sistemas ABO e Rh e são chamados de antígenos públicos Outros sistemas são muitos raros e recebem o nome de antígenos privados BORGESOSÓRIO ROBINSO 2013 TÓPICO 3 IMUNOGENÉTICA 121 41 SISTEMA ABO O sistema sanguíneo ABO é considerado o mais importante em medicina transfusional Hoje sabemos que os genes ABO estão localizados em um lócus situado no braço longo do cromossomo 9 9q34 formado por 7 éxons e 6 íntrons Esses genes codificam a produção de duas enzimas glicosiltransferases A e B A transferase A α 13 N acetilgalactosaminil transferase que adiciona o açúcar N acetilgalactosamina e produz o antígeno A e a transferase B α13 galactosil transferase que adiciona a galactose e produz o antígeno B em um substrato precursor na membrana da hemácia o antígeno H O gene O não produz nenhum tipo de transferase ativa BRASIL 2014 Você aprendeu no Tópico 1 que nesse sistema existem pelo menos três alelos diferentes chamados alelos múltiplos os alelos A e B são codominantes enquanto que o alelo O é recessivo em relação a eles Com isso os fenótipos ABO são divididos em quatro grupos A B AB e O No entanto cada um desses alelos apresenta ainda muitas variantes as quais são resultado de mutações pontuais e recombinações Para você ter uma ideia da enorme variedade de alelos do sistema ABO acadêmico veja o exemplo a seguir as variantes mais importantes dos alelos A são A1 A2 A3 e Ax Assim indivíduos do grupo A podem dividirse nos subgrupos A1 A2 A3 Ael e Ax e os indivíduos do grupo AB podem dividir se em A1B A2B A3B AelB e AxB por exemplo Existem também variantes dos alelos B mais raras do que as de A chamadas B3 Bx e Bel e ainda variações do alelo O O1 O1v O2 O3 O4 e O5 BATISSOCO NOVARETTI 2003 No Quadro 4 você pode observar as características genotípicas e fenotípicas do sistema ABO Genótipos Fenótipos Presença do antígeno A nas hemácias Presença do antígeno B nas hemácias Presença do anticorpo A no soro Presença do anticorpo B no soro IAIA ou IAi A IBIB ou IBi B IAIB AB ii O FONTE Adaptado de Snustad e Simmons 2017 QUADRO 4 GENÓTIPOS E FENÓTIPOS NO SISTEMA ABO E PRESENÇA DE ANTÍGENO E ANTI CORPO A classificação do grupo sanguíneo em termos laboratoriais é feita de acordo com a presença ou ausência dos antígenos ou aglutinogênios A e B nas hemácias e dos anticorpos ou aglutininas antiA e antiB no soro Para isso existem dois tipos de testes a classificação ou tipagem direta e a classificação ou tipagem reversa 122 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA Na tipagem direta Figura 28 é feita a identificação da presença dos antígenos A ou B nas hemácias do indivíduo a ser testado Para isso são usadas amostras de sangue e soluções de anticorpos conhecidos antiA antiB antiAB Na tipagem reversa Figura 28 buscase identificar a presença de anticorpos antiA e antiB no soro do indivíduo a partir de reativos compostos de antígenos conhecidos hemácias A hemácias B Ao realizar os dois testes é possível observar há formação de aglomerados celulares aglutinação nas amostras do sangue a ser identificado sendo possível classificálo em um determinado grupo sanguíneo como você pode observar na Figura 30 BATISSOCO NOVARETTI 2003 É importante saber que as variações e subgrupos do sistema ABO que vimos no parágrafo anterior determinam diferenças na quantidade e na forma de expressão dos antígenos na membrana das hemácias devido a alterações genéticas que codificam transferases ligeiramente diferentes Por isso esses subgrupos apresentam intensidade de reação mais fraca com os reagentes antiA antiB e antiAB nos testes imunohematológicos o que pode levar a discrepâncias entre a prova direta e reversa BRASIL 2014 FIGURA 28 PROCEDIMENTOS DA TIPAGEM DIRETA DO SISTEMA ABO FONTE Brasil 2014 p 29 TÓPICO 3 IMUNOGENÉTICA 123 FIGURA 29 PROCEDIMENTOS DA TIPAGEM REVERSA DO SISTEMA ABO FONTE Brasil 2014 p 30 FIGURA 30 INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS DAS TIPAGENS DIRETA E REVERSA DO SISTEMA ABO LEVADO EM CONSIDERAÇÃO A PRESENÇA DE AGLUTINAÇÃO FONTE Brasil 2014 p 30 42 SISTEMA RH O sistema Rh é o mais complexo dos sistemas eritrocitários e o 2º mais importante depois do sistema ABO na medicina transfusional O nome Rh vem de macacos Rhesus que possuem o fator Rh em seu sangue Quando o sangue de macacos Rhesus foi injetado em cobaias estas produziram em seu sangue soro anticorpos antifator Rh estranhos ao seu organismo Esse soro antiRh quando em contato com sangue humano aglutina aproximadamente seis em cada sete amostras o que significa que seis em cada sete indivíduos são Rhpositivo Uma parcela bem menor de amostras 1 em 7 não sofre aglutinação do soro antiRh são portanto indivíduos Rhnegativos como mostra a Figura 31 BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 124 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA FIGURA 31 DETERMINAÇÃO DO FATOR RH A PARTIR DE MACACOS RHESUS FONTE BorgesOsório Robinson 2013 p 342 Os antígenos do sistema Rh são encontrados exclusivamente em hemácias e são proteínas codificadas por um par de genes homólogos RHD e RHCE O gene RHD codifica a produção do antígeno RhD e o gene RHCE codifica a produção de outros dois pares de antígenos C c E e Hoje sabemos que o sistema Rh possui mais de 50 antígenos sendo como falamos anteriormente bastante complexo No entanto apenas a classificação RhD que se refere à presença ou ausência do antígeno RhD é obrigatoriamente realizada em rotinas prétransfusionais e em doadores de sangue Por isso esse sistema costuma ser descrito com um único par de alelos D e d Assim as pessoas Rhpositivas têm genótipo DD ou Dd e as Rhnegativas são dd BRASIL 2014 Os sistemas ABO e Rh são os mais considerados em transfusões sanguíneas Em uma situação ideal o indivíduo receptor irá receber um sangue de um grupo idêntico ao seu mas em casos de emergência outros tipos sanguíneos podem ser doados desde que haja compatibilidade entre doador e receptor Para o sucesso de uma transfusão é preciso considerar os antígenos presentes nas hemácias do doador e os anticorpos presentes no soro do receptor Quando o doador for do grupo sanguíneo O ele poderá doar para indivíduos A B AB ou O pois ele não possui antígenos A eou B nas suas hemácias que serão reconhecidos pelos anticorpos do receptor Por outro lado quando o doador for AB ele só poderá doar para indivíduos AB pois possui ambos os antígenos que sofrerão aglutinação com o soro de receptores A B ou O Na transfusão de sangue é preciso considerar também o sistema Rh Um indivíduo Rhnegativo deve receber sangue somente de outro indivíduo Rhnegativo Assim considerando os sistemas ABO e Rh dizemos que indivíduos Onegativos são doadores universais pois podem doar para todos os tipos sanguíneos ABO e Rh Já indivíduos AB são chamados receptores universais pois podem receber sangue de todos os grupos TÓPICO 3 IMUNOGENÉTICA 125 Eritroblastose fetal é uma doença hemolítica adquirida que ocorre quando há incompatibilidade entre os grupos sanguíneos da mãe e do feto O tipo mais comum é relacionado ao sistema Rh quando uma mãe Rhnegativa gera um feto Rhpositivo Nesse caso a mãe produz anticorpos antiRh durante a gestação pois reconhece o agente Rh do feto como algo estranho Esses anticorpos antiRh permanecem na circulação materna e caso a mulher volte a engravidar de um bebê Rhpositivo eles irão destruir as hemácias do feto provocando a doença hemolítica no recémnascido O primeiro filho portanto apresenta menos risco de desenvolver a doença porque a mãe Rhnegativa ainda não foi sensibilizada pelos anticorpos antiRh Os próximos fetos positivos no entanto podem desenvolver a doença que varia desde uma ligeira anemia até a morte intrauterina Para prevenir a eritroblastose fetal em mães Rhnegativas com parceiros Rhpositivos a mulher deve receber injeções de anticorpos antiRh Esses anticorpos destroem as hemácias Rh positivas do feto que circulam na corrente sanguínea da mãe o bloqueia o processo de síntese de anticorpos maternos contra o o feto imunização passiva BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 NOTA ERITOBLASTOSE FETAL FONTE httpsplanetabiologiagumletcomwpcontentuploads201609Rhnegativo eopaiC3A9Rhpositivojpgcompresstruequality80w800dpr10 Acesso em 10 jun 2020 5 SISTEMA HLA E TRANSPLANTES Assim como na transfusão de sangue o sucesso dos transplantes depende do grau de compatibilidade entre o doador e o receptor a fim de buscar evitar ao máximo a rejeição do órgão transplantado Com tudo o que você aprendeu até o momento sobre genética e imunidade acadêmico você deve ser capaz de imaginar o que faz um organismo rejeitar o órgão recebido Se você apostou que essa rejeição é causada por mecanismos imunológicos decorrentes de diferenças genéticas entre os sistemas sanguíneos ABO e Rh e também o MHC você acertou 126 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA Você viu no início deste tópico que o MHC ou complexo principal de histocompatibilidade são proteínas presentes em células APCs que têm a função de reconhecer e apresentar antígenos para os linfócitos T durante a resposta imune celular O MHC é uma família de genes localizada no braço curto do cromossomo 6 região 6p213 e as proteínas codificadas por estes genes estão presentes na superfície de todas as células nucleadas e nas plaquetas proteínas receptoras transmebrana Esse grupo genético recebe diferentes nomes de acordo com as espécies na espécie humana o MHC é chamado de sistema HLA e pode ser observado na Figura 32 ABBAS LICHTMAN PILLAI 2017 Os genes do sistema HLA são altamente polimórficos e apresentam diversos alelos codominantes com muitas combinações possíveis Estimase que existam mais de 250 alelos e pelo menos 11 lócus principais Por exemplo dentre os HLA de classe I existem as variações HLAA HLAB HLAC HLAE HLAF e HLAG Os genes HLA são herdados em bloco e cada indivíduo apresenta dois antígenos HLA diferentes para cada lócus O conjunto de lócus de um dado cromossomo é chamado haplótipo que é herdado inteiro de cada um dos genitores Todo indivíduo tem portanto um haplótipo em comum com seu pai e outro em comum com sua mãe A probabilidade de dois irmãos terem haplótipos iguais é de 25 Como as moléculas HLA estão presentes em todas as células do nosso corpo você pode imaginar no caso de transplantes de órgãos ou tecidos como é difícil encontrar indivíduos compatíveis que não rejeitem o novo órgão com outro sistema HLA BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 FONTE Berlingerio et al 2009 p 217 tradução nossa FIGURA 32 MAPA GENÉTICO DA REGIÃO HLA Os genes HLA presentes nas células dos tecidos transplantados podem codificar proteínas que serão estranhas para o sistema imunológico do receptor funcionando como antígenos de histocompatibilidade Nesse caso as células T do receptor podem detectar e ser ativadas contra esses antígenos desencadeando uma resposta imune e a consequente rejeição do tecido ou órgão transplantado TÓPICO 3 IMUNOGENÉTICA 127 A compatibilidade entre indivíduos é determinada através da Sorologia HLA que consiste na coleta de cerca de 10 ml de sangue de quem receberá o transplante e dos possíveis doadores Assim ao escolher um doador devese buscar aquele que tenha maior semelhança quanto ao MHC do receptor rotineiramente são testados os lócus HLAA HLAB HLAC de classe I e o HLADR de classe II além da compatibilidade dos sistemas sanguíneos ABO e Rh Mesmo assim é necessário administrar fármacos imunossupressores que irão minimizar a atividade imunológica do receptor com o objetivo de diminuir a possibilidade de rejeição Só para você ter uma ideia da importância da compatibilidade HLA em transplantes as taxas de sobrevida dos transplantes renais aumentam de 63 com baixa compatibilidade HLA para 90 entre indivíduos com quatro compatibilidades BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 Dentre os diferentes tipos de transplante existem os autotransplantes quando envolvem tecidos do próprio indivíduo como ponte de safena medula óssea e enxertos de pele os isotransplantes quando ocorrem entre indivíduos geneticamente idênticos ou seja gêmeos monozigóticos os alotransplantes entre dois indivíduos da mesma espécie mas geneticamente diferentes e os xenotransplantes entre espécies diferentes Os alotransplantes são os mais comuns Em alguns casos quando o doador e o receptor não são geneticamente compatíveis o transplante pode parecer ter sido aceito em um primeiro momento porém com o passar dos dias ele morre e se desprende Esta reação recebe o nome de Resposta Primária Caso ocorra um segundo transplante do mesmo doador a reação é chamada de Resposta Secundária As reações de rejeição mais comum são chamadas de agudas correm nos seis primeiros meses após o transplante e é mediada por linfócitos T que destroem as células do tecido ou órgão doado A rejeição hiperaguda é aquela que imediatamente após o transplante e envolve a produção de anticorpos IgG contra antígenos HLA Finalmente a rejeição crônica é aquela em que o órgão perde a função de forma lenta devido ao ataque resultando em fibrose ABBAS LICHTMAN PILLAI 2017 6 IMUNODEFICIÊNCIAS E DOENÇAS AUTOIMUNES A capacidade de um organismo reconhecer seus próprios antígenos e formar anticorpos contra antígenos estranhos é chamada homeostase imunológica Se este equilíbrio for perdido o indivíduo pode desenvolver uma doença autoimune ou uma imunodeficiência que o deixará mais suscetível a infecções 128 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA 61 IMUNODEFICIÊNCIAS Quando o sistema imune não é capaz de funcionar de forma adequada o indivíduo possui uma imunodeficiência que pode ser hereditária também chamada imunodeficiência primária ou adquirida também chamada imunodeficiência secundária As imunodeficiências hereditárias são causadas por defeitos em um dos genes necessários para a produção de proteínas que compõem o sistema imune e geralmente são doenças congênitas raras Alguns exemplos são listados no quadro a seguir PARTE AFETADA DO SISTEMA IMUNE DOENÇA CARACTERÍSTICAS Imunidade humoral afeta células B e a produção de anticorpos Imunodeficiência comum variável As células B não amadurecem e por isso não conseguem produzir anticorpos Agamaglobulinemia ligada ao cromossomo X Resultado de uma mutação no cromossomo X há ausência de células B e níveis muito baixos de anticorpos Imunidade celular afeta linfócitos T Síndrome de DiGeorge Causa ausência ou deficiência do timo o que prejudica a maturação dos linfócitos T que acontece nesse órgão Pode ser causada por uma mutação espontânea ou por uma anomalia cromossômica Imunidade humoral e celular Afeta células B e T Imunodeficiência combinada grave SCID Pode ser autossômica ou lidada ao cromossomo X É uma doença grave e potencialmente fatal que causa baixos níveis de anticorpos e diminuição ou ausência de células T Síndrome da hipergamaglobulinemia E Pode ter origem autossômica dominante ou recessiva causa um aumento exagerado na produção de IgE o que gera abcessos e furúnculos recorrentes Fagócitos Doença granulomatosa crônica Os fagócitos ingerem mas não conseguem produzir as substâncias que matam determinadas bactérias e fungos Proteínas do complemento Angioedema hereditário Deficiência ou mau funcionamento do inibidor de C1 uma das proteínas do sistema complemento FONTE A autora QUADRO 5 EXEMPLOS E PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DE IMUNODEFICIÊNCIAS HEREDITÁRIAS TÓPICO 3 IMUNOGENÉTICA 129 As imunodeficiências adquiridas podem ser causadas por infecções virais como o HIV cujo nível mais grave é conhecido como síndrome da imunodeficiência adquirida AIDS Essa doença é causada por um retrovírus ou seja um vírus que contém RNA como material genético O vírus HIV ligase aos receptores CD4 dos linfócitos T auxiliares e introduz nelas seu RNA Com a enzima transcriptase reversa que você conheceu na Unidade 1 o vírus sintetiza uma fita de DNA complementar ao RNA viral que se replica para formar um DNA de duplahélice Em outras palavras o HIV usa o linfócito T CD4 para replicar seu material genético fazendo com que esta célula perca sua capacidade imune Além disso leva ao rompimento da célula hospedeira reduzindo o número de células de defesa e liberando novas partículas de HIV que irão infectar as células adjacentes NIAID 2019 FONTE Berlingerio et al 2009 p 217 tradução nossa FIGURA 32 MAPA GENÉTICO DA REGIÃO HLA 130 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA O tratamento do HIV é feito com medicamentos chamados antirretrovirais que não matam diretamente o vírus mas atuam no seu mecanismo de replicação evitando que ele infecte novas células CD4 do hospedeiro A zidovudina por exemplo conhecida como AZT foi o primeiro fármaco utilizado contra o HIV no final da década de 1980 O AZT é um inibidor de nucleosídeos da enzima trancriptase reversa ou seja ele torna as cadeias de DNA que o vírus sintetiza dentro das células de defesa do organismo defeituosas No entanto o HIV é tão variável geneticamente que em pouco tempo surgem variantes virais resistentes aos medicamentos usados Por isso cientistas do mundo estão sempre pesquisando novos compostos contra o vírus e o tratamento atual consiste na administração de combinações de fármacos chamados coquetéis que atuem de diferentes maneiras Assim quando tomado de forma regular e contínua o coquetel reduz o número de vírus circulante a chamada carga viral a níveis indetectáveis e impede o enfraquecimento do sistema imunológico do indivíduo infectado o que aumenta significativamente sua qualidade e expectativa de vida Estudos demonstram que a redução do vírus a níveis indetectáveis no sangue periférico inclusive impede sua transmissão por via sexual VELOSO FINK DE LIMA 2010 NIAID 2019 BRASIL 2019 Você sabia também acadêmico que o Brasil é considerado referência mundial no tratamento contra o HIV É verdade o Sistema Único de Saúde SUS garante tratamento gratuito àqueles que dele necessitem desde 1996 A novidade mais recente ocorreu em 2017 quando o SUS passou a oferecer na rede pública um dos melhores antirretrovirais do mundo o Dolutegavir Após três meses de uso desse antirretroviral 87 das pessoas com HIV Aids já apresentavam carga viral inferior a 50 cópiasmL O Dolutegavir é usado em combinação com os antirretrovirais Tenofovir e Lamivudina no esquema chamado 2 em 1 Ou seja apesar de serem três compostos os pacientes tomam apenas dois comprimidos um de Dolutegravir e outro formado por Lamivudina Tenofovir BRASIL 2019 A AIDS é o estágio final da doença na qual a imunodeficiência resulta na aquisição de infecções oportunistas herpes simples cândida criptococose toxoplasmose etc e maior suscetibilidade a alguns tipos de câncer como o sarcoma de Kaposi Pacientes com AIDS apresentam linfopenia devido à diminuição da população de linfócitos T auxiliares CD4 enquanto os linfócitos T citotóxicos CD8 estão normais A relação TCD4TCD8 é utilizada clinicamente para avaliar a progressão da doença assim como a quantidade de vírus na corrente sanguínea o que é chamado de carga viral NIAID 2019 BRASIL 2019 TÓPICO 3 IMUNOGENÉTICA 131 Para saber mais sobre a genética do vírus HIV recomendamos o artigo de revisão chamado Resistência genotípica do Vírus da Imunodeficiência Humana tipo 1 aos antirretrovirais disponível em httpbvsmssaudegovbrbvsperiodicosccsartigos 2010Vol211art07resistenciapdf Recomendamos também o site do Ministério da Saúde no qual você pode encontrar in formações sobre diagnóstico tratamento transmissão janela imunológica além de outros assuntos relevantes httpwwwsaudegovbrsaudedeazaidshiv DICAS 62 DOENÇAS AUTOIMUNES As doenças autoimunes acontecem quando há uma falha na tolerância imunológica fazendo com que o organismo comece a produzir anticorpos contra antígenos do próprio corpo chamados de autoantígenos Baseado na severidade as doenças autoimunes são classificadas em organoespecíficas quando envolvem apenas um órgão como a tireoidite de Hashimoto intermediárias quando envolvem um órgão mas com autoanticorpos não específicos e sistêmica quando atingem o sistema imunológico como um todo como a febre reumática Doença autoimune Características Alopécia areata Doença na qual o sistema imunológico ataca os folículos pilosos resultando em queda acentuada de cabelo Pode ser causada por estresse grave Artrite reumatoide Doença sistêmica causada pela infiltração de leucócitos nas articulações causando inflamação Diabetes tipo 1 Doença que envolve a produção de anticorpos contra várias proteínas incluindo as células β do pâncreas que produzem insulina Doença celíaca Reação imunológica à ingestão de glúten criando uma inflamação que danifica o revestimento do intestino delgado Doença de graves Doença em que os antígenos tireoidianos se encontram próximos ao receptor do hormônio estimulante da tireoide Causa hipertireoidismo produção excessiva de hormônios pela glândula tireoide Esclerose múltipla Doença em que o sistema imunológico destrói a cobertura protetora de nervos causam distúrbios na comunicação entre o cérebro e o corpo QUADRO 6 EXEMPLOS DE DOENÇAS AUTOIMUNES E SUAS PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS 132 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA Lúpus eritematoso Doença sistêmica grave na qual o paciente desenvolve anticorpos que reagem contra suas células normais podendo afetar a pele as articulações os rins e outros órgãos Síndrome de Sjögren Doença reumática autoimune comum e é caracterizada pela secura excessiva dos olhos boca e outras membranas mucosas Tireoidite de Hashimoto Doença organoespecífica mediada por células T específicas que atacam a tireoide causando a destruição da glândula e resultando em hipotireoidismo insuficiência de funcionamento da tireoide FONTE A autora Existem muitos fatores que podem levar ao aparecimento de uma doença autoimune desde genéticos até a exposição prolongada a agentes que alterem a estrutura de proteínas como alguns fármacos e patógenos e radiação UV Sabe se que existem três grupos principais de genes relacionados a essas doenças genes associados aos receptores de células T genes relacionados à produção de anticorpos e genes relacionados ao HLA Esses genes estão envolvidos no reconhecimento de antígenos e são altamente variáveis o que como já vimos é importante para desencadear respostas imunes a múltiplos agentes mas também pode levar à autorreatividade Estudos mostram que alguns alótipos do MHC de classe II estão fortemente associados a determinadas doenças autoimunes MANDAL 2020 O HLA DR2 está positivamente associado ao lúpus eritematoso sistêmico LES e esclerose múltipla e inversamente associado a diabetes tipo I O HLA DR3 está associado a LES diabetes tipo I e síndrome de Sjögren O HLA DR4 está associado a diabetes tipo I e artrite reumatoide TÓPICO 3 IMUNOGENÉTICA 133 LUPUS ERITEMATOSO SISTÊMICO O termo lupus tem origem na palavra lobo pois uma das características da doença é um padrão de lesões na face em formato de borboleta que lembram as manchas de um lobo Em 1872 o médico Kaposi subdividiu o lúpus nas duas formas que conhecemos hoje a discoide ou cutânea que afeta predominantemente a pele e a sistêmica que afeta o corpo como um todo e é potencialmente fatal Lúpus é uma doença autoimune rara causada por um desequilíbrio no sistema imunoló gico que faz com que as células B produzam autoanticorpos e ataquem tecidos do pró prio organismo como pele articulações fígado coração pulmão rins e cérebro Cerca de 90 dos portadores de lúpus são mulheres provavelmente pelo fato de que o hormônio feminino estrógeno é autoformador de anticorpos enquanto que o hormônio masculino testosterona é baixo produtor Nas mulheres portadoras ocorre excesso na produção de anticorpos pela presença do es trógeno o que resulta em altas taxas da proteína gamaglobulina nos exames laboratoriais Pacientes com lúpus precisam fazer tratamento por toda a vida pois quando não tratado desenvolvese rapidamente insuficiência renal e lesões cerebrais BRUNA 2011 SMITH CYR 1988 NOTA SINTOMAS DO LUPUS ERITEMATOSO SISTÊMICO FONTE Adaptado de httpsencryptedtbn0gstaticcomimagesqtbnANd9GcTNZT 8JYNGPQnTUY6UnomFwbvodGEEyaQxLrCXEJmsQDRfFGcFAs httpwwwminutoen fermagemcombruploadsposts207lupusjpg Acesso em 10 jun 2020 134 RESUMO DO TÓPICO 3 Neste tópico você aprendeu que A imunogenética estuda aspectos genéticos das interações entre antígenos e anticorpos considerando a alta especificidade das respostas imunes adquiridas O reconhecimento de antígenos pelos linfócitos B e T é feito por receptores BCR e TCR Os TCRs reconhecem antígenos ligados a moléculas MHC presentes na superfície de células APCs já os BCRs são as imunoglobulinas ou anticorpos Os genes que codificam TCRs e BCRs são formados por segmentos de genes que se recombinam de forma aleatória o que permite que uma quantidade limitada de segmentos codifique uma infinidade de receptoresanticorpos recombinação somática e garante a hipervariabilidade e a especificidade para cada antígeno Os grupos sanguíneos são antígenos localizados na superfície das hemácias e são exemplos de polimorfismos importantes como marcadores genéticos O sistema ABO é composto por pelo menos três alelos diferentes alelos múltiplos A e B codominantes e O recessivo Além disso todo alelo apresenta muitas variações A classificação dos grupos sanguíneos é feita de acordo com a presença de antígenos aglutinogênios A e B nas hemácias e anticorpos ou aglutininas antiA e antiB no soro Para isso existem dois testes tipagem direta e tipagem reversa O sistema Rh é bastante complexo mas costuma ser descrito como um único par de alelos D e d Junto com o sistema ABO são os mais considerados em transfusões sanguíneas É fundamental que haja compatibilidade entre doador e receptor MHC é uma família de genes que codifica proteínas presentes na superfície de todas as células na espécie humana é chamado HLA Os genes HLA são altamente polimórficos e são antígenos de histocompatibilidade em casos de transplantes Quando a homeostase imunológica é quebrada podese desenvolver uma imunodeficiência ou uma doença autoimune As imunodeficiências podem ser hereditárias doenças congênitas graves ou adquiridas HIVAIDS 135 1 Com relação ao sistema sanguíneo ABO se uma mulher com sangue B tem um filho com um homem de sangue AB quais tipos sanguíneos essa criança poderá ter a Tipo AB tipo A tipo B b Tipo AB e tipo B c Tipo AB tipo A tipo B e tipo O d Tipo A e tipo B 2 Uma mulher Rhnegativa se casa com um homem Rhpositivo Sobre os filhos gerados desta união analise as sentenças a seguir e assinale a alternativa correta I Os filhos apresentam risco de desenvolver a doença hemolítica do recém nascido II O risco de desenvolver a doença é maior no primeiro filho III Para prevenir a eritroblastose fetal a mulher Rhnegativa deve receber anticorpos antiRh que através da imunização passiva irá impedir que a mulher produza anticorpos contra o feto IV Se o homem fosse Rhnegativo os filhos teriam maior risco de ter a doença a As afirmativas I e II estão corretas b As afirmativas I III e IV são falsas c As afirmativas I e III estão corretas d As afirmativas I II e III são falsas 3 Uma mulher do grupo sanguíneo O casada com um homem do grupo B teve um filho do grupo AB Considerando tudo o que você sabe sobre o sistema sanguíneo ABO assinale a alternativa correta a A criança pode ser filha do casal em questão b No exame laboratorial da criança foram observados antígenos A e B nas hemácias durante o teste de tipagem direta c A criança pode ser filha do casal se o homem for heterozigoto para o gene B d No exame laboratorial da mãe foram observados antígenos antiA e antiB durante o teste de tipagem reversa 4 Um casal de grupo sanguíneo Rh desconhecido teve o primeiro filho normal o segundo com eritroblastose fetal e o terceiro filho normal Qual é o provável genótipo desses cinco indivíduos quanto ao sistema Rh AUTOATIVIDADE 136 a Mãe Rh pai Rh 1º filho Rh 2º filho Rh 3º filho Rh b Mãe Rh pai Rh 1º filho Rh 2º filho Rh 3º filho Rh c Mãe Rh pai Rh 1º filho Rh 2º filho Rh 3º filho Rh d Mãe Rh pai Rh 1º filho Rh 2º filho Rh 3º filho Rh 5 Em 1952 Jean Dausset descreve o primeiro antígeno de histocompatibilidade humano HLA O polimorfismo do sistema HLA permite diferenciar o próprio do não próprio Com relação à imunologia dos transplantes assinale a opção correta a O complexo principal de histocompatibilidade HLA está relacionado às altas taxas de rejeição nos autotransplantes b A rejeição hiperaguda inicia minutos a horas após o transplante e é mediada por células T que atacam o tecido ou órgão doado c Alotransplantes são os tipos mais comuns e são realizados entre indivíduos da mesma espécie geneticamente diferentes d A rejeição aguda ocorre imediatamente após o transplante e é mediada por anticorpos IgG contra antígenos HLA 6 Em 2023 completarão 40 anos da publicação do artigo que divulgava a identificação do vírus responsável pela AIDS o HIV Ao longo dos anos o tratamento da doença apresentou importantes avanços porém a epidemia não está totalmente controlada e o HIV ainda é responsável por infectar aproximadamente 35 milhões de pessoas em todo o mundo Sobre o a AIDS e o HIV é correto afirmar I O vírus HIV é transmitido através do contato com fluidos contaminados como sangue e no sexo não seguro II As células atingidas pelo HIV fazem parte do sistema imune linfócito CD4 um dos fatores que dificultam o combate à infecção III As drogas antivirais interferem no ciclo de replicação do HIV impedindo que ele infecte outras células IV O vírus HIV assim como outros vírus possui altas taxas de mutação o que é explicado pela ausência de enzimas de controle e reparo na síntese de seu genoma V A transcriptase reversa é a enzima viral responsável pela replicação do seu DNA a As afirmativas I II III e IV estão corretas b As afirmativas I II III IV e V estão corretas c As afirmativas I II e V estão corretas d As afirmativas III e V estão corretas 137 UNIDADE 2 1 INTRODUÇÃO Olá acadêmico seja bemvindo ao quarto tópico da Unidade 2 do Livro Didático de Genética Humana e Médica Até aqui você aprendeu vários princípios básicos da genética como os diferentes tipos de herança e as principais alterações cromossômicas e também estudou o sistema imune e sua relação com a genética naquilo que chamamos de imunogenética porém ao contrário das doenças monogênicas multifatoriais e cromossômicas que você conheceu nos dois primeiros tópicos desta unidade cuja anormalidade genética se encontra no DNA de todas as células do nosso corpo inclusive nos gametas e que podem ser transmitidas para as gerações futuras o câncer é uma doença genética de células somáticas O câncer é causado principalmente por mutações em genes que controlam os processos de morte e replicação celular por isso neste tópico você verá como esses dois conhecimentos adquiridos até aqui a genética e o sistema imunológico desempenham um papel fundamental na proteção e no desenvolvimento de tumores No final deste tópico você deverá ser capaz de entender os processos envolvidos na carcinogênese ou seja na formação do câncer e as principais alterações genéticas relacionadas ao surgimento de tumores Também deverá conhecer os principais tipos de câncer de origem genética e o papel de alguns tipos de vírus no desenvolvimento da malignidade Lembrese de que sua participação e comprometimento com a disciplina são fundamentais para o sucesso por isso faça as autoatividades no final do tópico e leia com atenção as leituras sugeridas ao longo da unidade Bons estudos 2 ORIGEM E DESENVOLVIMENTO DO CÂNCER A palavra câncer tem origem no grego Karkinos caranguejo devido à capacidade dos tumores de se espalhar pelos tecidos adjacentes como patas de caranguejo Câncer neoplasia maligna ou tumor maligno são termos utilizados para descrever mais de 100 doenças diferentes que têm em comum a presença de células que perderam a capacidade de se diferenciar e se tornarem funcionais e adquiriram a capacidade de se multiplicar de forma descontrolada podendo invadir outros tecidos e causar metástase MUKHERJEE 2012 STEWART WILD 2014 TÓPICO 4 GENÉTICA DE TUMORES 138 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA Os cânceres são divididos de acordo com o tecido de origem em carcinomas tecido epitelial sarcomas tecido conectivo linfomas tecido linfático gliomas células do sistema nervoso e leucemias células hematopoiéticas As neoplasias ou tumores benignos por sua vez são aqueles que crescem mas não se espalham para outros tecidos ou seja não causam metástase BORGES OSÓRIO ROBINSON 2013 Todo câncer é clonal ou seja as células que compõem a massa tumoral são originadas de uma única célula que sofreu algum tipo de mutação no seu DNA levando à produção de inúmeros clones alterados dela mesma Figura 34 O processo de formação do câncer ou carcinogênese em geral ocorre lentamente podendo chegar a 10 anos ou mais e é dividida em três fases que você verá a seguir FIGURA 34 ETAPAS DA CARCINOGÊNESE FONTE httpswwwhelioangotticombrwpcontentuploads201808HistoCC81riado caCC82ncerdoBrasil1docxjpg Acesso em 10 jun 2020 INICIAÇÃO o câncer normalmente é iniciado por uma mutação que pode ser causada por fatores ambientais ou herdada da linhagem germinativa Cerca de 1 dos casos de câncer são hereditários herança multifatorial e 99 são aleatórios o que significa que a mutação ocorreu em uma única célula somática que se tornou alterada dividindose descontroladamente até desenvolver o câncer TÓPICO 4 GENÉTICA DE TUMORES 139 PROMOÇÃO no segundo estágio a célula geneticamente alterada sofre a ação de agentes oncopromotores que intensificam a lesão celular como proto oncogenes promotores do crescimento genes supressores de tumor genes que regulam a morte celular programada apoptose e genes de reparo ao DNA Essas células malignas passam a se comportar de maneira desordenada multiplicandose descontroladamente PROGRESSÃO a última etapa é caracterizada pelo crescimento excessivo da massa tumoral com início de sintomas clínicos invasão local e capacidade de migrar para outros tecidos formando metástases Em nível molecular ocorre um acúmulo de lesões genéticas decorrentes de mutações adicionais COTRAN KUMAR COLLINS 2010 INCA 2011 FIGURA 35 PROCESSOS ENVOLVIDOS NA CARCINOGÊNESE FONTE Maioral 2013 p 26 Em nível tecidual a massa tumoral se desenvolve em uma série de etapas como mostra a Figura 36 Chamamos de hiperplasia quando a célula alterada e suas célulasfilhas aparentam estar normais mas se replicam de forma muito acelerada formando uma massa tumoral Eventualmente uma em um milhão dessas células pode sofrer outra mutação que leva ao descontrole do crescimento celular Assim a displasia é quando além da proliferação descontrolada as célulasfilhas possuem aspecto também alterado Novamente pode ocorrer uma nova mutação que irá alterar o comportamento celular 140 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA Se o tumor ainda não ultrapassou as fronteiras do seu tecido de origem é chamado de câncer in situ e pode permanecer contido indefinidamente assim como pode também sofrer mutações adicionais Finalmente se as alterações genéticas permitirem que o tumor invada os tecidos subjacentes e que suas células se espalhem pelos vasos sanguíneos ou linfáticos causando metástases ele passa a ser chamado de câncer invasivo BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 FIGURA 36 DESENVOLVIMENTO DE UM TUMOR SÓLIDO EM NÍVEL TECIDUAL FIGURA 37 MARCADORES DO CÂNCER FONTE INCA 2019 p 14 FONTE Adaptado de Hanahan e Weinberg 2011 Em nível celular por sua vez a homeostase depende de um equilíbrio entre proliferação diferenciação e morte celular programada Já os processos malignos são caracterizados por falhas em um ou mais desses processos o que pode resultar em proliferação celular descontrolada e imortalidade GALLUZZI et al 2018 Na Figura 37 você pode observar as principais características do câncer aquilo que chamamos de Marcadores do Câncer TÓPICO 4 GENÉTICA DE TUMORES 141 3 MUTAÇÕES AGENTES MUTAGÊNICOS E SISTEMAS DE REPARO Em condições normais todas as células do nosso corpo cumprem um ciclo em que se multiplicam crescem diferenciamse e morrem o que chamamos de ciclo celular O ciclo celular e os processos de morte celular são regulados por um sistema complexo de sinais bioquímicos que têm origem em duas classes de genes específicos os protooncogenes e os genes supressores de tumor Quando algum desses genes sofre alguma mutação isso pode levar à formação de um câncer 31 MUTAÇÕES RELACIONADAS AO CICLO CELULAR O ciclo celular é composto de duas fases principais a mitose e a interfase Figura 38 A mitose acadêmico que você já estudou na Unidade 1 é o processo de divisão celular no qual uma célulamãe se divide em duas célulasfilhas com o mesmo número de cromossomos A interfase por sua vez é o período entre duas mitoses e é dividida nas fases gap1 G1 síntese S e gap2 G2 A célula que não está se replicando encontrase no que se denomina de fase G0 ou quiscência na qual apesar de estar metabolicamente ativa seu DNA encontrase enovelado e a atividade nuclear é baixa TAN DUNCAN SLAWSON 2017 Ao longo do ciclo a célula possui alguns pontos de checagem ou checkpoints que garantem que a replicação irá ocorrer de forma adequada sem transmitir alterações para as célulasfilhas A progressão do ciclo celular é controlada por dois grupos de proteínas as ciclinas e as cinases dependentes de ciclinas CDKs Cada ponto de checagem possui ciclinas e CDKs específicas que interagem entre si fazendo com que a célula passe para a fase seguinte do ciclo Quando algum erro é detectado a célula possui mecanismos que bloqueiam o ciclo celular até que o dano seja reparado Esse bloqueio é feito principalmente por outro grupo de proteínas chamadas inibidores de CDKs CKIs Hoje acadêmico são conhecidos três pontos de bloqueio principais em G1 antes da célula duplicar o seu DNA em G2 antes da célula entrar em mitose e durante a metáfase WIMAN ZHIVOTOVSKY 2017 142 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA FIGURA 38 ETAPAS DO CICLO CELULAR PONTOS DE CHECAGEM E PROTEÍNA P53 FONTE Adaptado de httpswwwsobiologiacombrconteudosfigurasCitologia2cellcycle gif Acesso em 10 jun 2020 A principal proteína responsável pelo controle do ponto de checagem G1 é a proteína p53 codificada pelo gene supressor de tumor TP53 Em células normais o nível de p53 é baixo mas em situações que envolvem lesão ao DNA o gene p53 é ativado levando à transcrição da proteína p53 que monitora a integridade do genoma e impede a proliferação das células com DNA mutado Além disso a p53 ativa a transcrição de genes de reparo com o objetivo de corrigir a mutação ao DNA antes que ela seja propagada para as células filhas A disfunção do gene TP53 torna a célula incapaz de reparar a lesão ao DNA fazendo com que o ciclo celular prossiga mesmo que haja uma mutação e permitindo sua transmissão às célulasfilhas Devido às suas atividades antineoplásicas e ao auxílio na manutenção da homeostase celular a proteína p53 é considerada a guardiã do genoma BORGESOSÓRIO ROBSON 2013 TAN et al 2015 32 MUTAÇÕES RELACIONADAS A PROCESSOS DE MORTE CELULAR PROGRAMADA Nós vimos que o ciclo celular é a sequência de eventos envolvidos na senescência quando a célula desempenha suas funções normais e na replicação celular quando a célula duplica seu material genético Diante de erros nesse processo de replicação ou seja de mutações que alterem o DNA celular de forma a transmitir esse DNA mutado para as célulasfilhas a célula possui mecanismos de reparo que buscam corrigir esse dano como a proteína p53 No entanto se o reparo ao DNA não for efetuado de forma satisfatória e o dano não puder ser reparado a p53 desempenha sua terceira função além do monitoramento e do reparo do genoma ela ativa mecanismos de morte celular regulada TÓPICO 4 GENÉTICA DE TUMORES 143 Veja como nosso corpo é inteligente acadêmico a autodestruição pode ser ruim para a célula em si mas é uma perda muito menor do que os possíveis efeitos da manutenção de uma mutação carcinogênica COTRAN KUMAR COLLINS 2010 GALLUZZI et al 2018 A morte celular regulada tem como característica básica ser rigorosamente controlada por diferentes vias bioquímicas Esse tipo de morte acontece de forma fisiológica durante o desenvolvimento embrionário humano contribui para a formação de órgãos e tecidos e é um componente da resposta imune a agentes infecciosos Ela também serve como uma segunda linha de defesa diante de mutações que podem resultar em uma neoplasia maligna O tipo mais estudado de morte celular regulada é a apoptose Morfologicamente a apoptose é caracterizada pelo encolhimento celular fragmentação do DNA e dissolução da célula em pequenos fragmentos chamados corpos apoptóticos que serão fagocitados pelo sistema imune A apoptose é dividida em duas vias a apoptose extrínseca que é ativada por receptores de morte e apoptose intrínseca que envolve a mitocôndria e é controlada por proteínas da família Bcl2 como as proteínas Bcl2 e Bax A proteína p53 que falamos no tópico anterior dispara a apoptose pela ativação do gene Bax cuja proteína ativa a apoptose intrínseca Como você pode ver na Figura 39 a apoptose intrínseca e extrínseca convergem na ativação de proteínas chamadas caspases que ativam outras proteínas responsáveis por finalizar o processo de morte Mutações em qualquer uma das etapas desses processos também pode levar ao surgimento de uma neoplasia maligna GALLUZZI et al 2018 144 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA FIGURA 39 CARACTERÍSTICAS MORFOLÓGICAS DA APOPTOSE E VIAS DE ATIVAÇÃO FONTE Adaptado de Maioral 2013 p 36 e 41 33 MUTAÇÕES QUE AFETAM A ESTABILIDADE GENÔMICA A instabilidade genômica das células malignas caracterizase pela presença de translocações aneuploidias deleções cromossômicas e duplicações do DNA e esse conjunto de características é chamado de fenótipo mutador Ele está relacionado a algumas neoplasias hereditárias causadas por mutações em genes que controlam o reparo ao DNA como alguns tipos de câncer de pele e colorretal Portanto um indivíduo que apresente esse fenótipo mutador possui maior probabilidade de vir a desenvolver determinados tipos de câncer A Figura 40 mostra o cariótipo de uma célula normal e de uma célula tumoral nitidamente aberrante e apresentando translocações deleções e aneuploidia BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 TÓPICO 4 GENÉTICA DE TUMORES 145 FIGURA 40 CARIÓTIPO DE UMA CÉLULA NORMAL A E DE UMA CÉLULA MALIGNA B FONTE httpsimageslidesharecdncomgenticadocncer14140410094656phpapp0195 genticadocncer14041431024jpgcb1397123289 Acesso em 10 jun 2020 34 MUTAÇÕES ENVOLVENDO PROTOONCOGENES Oncogenes são genes que codificam proteínas estimuladoras do crescimento celular e que contribuem para o descontrole da divisão celular e para o fenótipo maligno da célula tumoral Eles são representados por três letras maiúsculas em itálico como ABL1 BCR2 MYC etc Os oncogenes são originados de genes celulares normais mas que por diferentes razões são expressos de forma alterada Um gene normal que possui potencial para virar um oncogene é chamado de protooncogene Todavia você pode se perguntar o que transforma um protooncogene em um oncogene Na verdade acadêmico existem diferentes razões mas as duas principais são a presença de mutações pontuais e translocações cromossômicas Um exemplo de mutação pontual é o protooncogene RAS que pode transformarse em um oncogene pela substituição de uma única base nitrogenada GGC GTC Essa mutação resulta na troca de uma glicina por uma valina e causa carcinoma de bexiga O oncogene RAS é detectado em cerca de 30 das neoplasias humanas chegando a 90 dos casos de carcinomas pancreáticos Já as translocações podem levar à superexpressão de um protooncogene ou a formação de um gene quimérico ou gene de fusão Um exemplo é a leucemia mieloide crônica LMC caracterizada pela translocação entre o gene ABL1 localizado no cromossomo 9q34 e o gene BCR localizado no cromossomo 22q112 Figura 41 A translocação t9q22q cria uma estrutura conhecida como cromossomo Philadelphia Ph1 e a proteína de fusão transcrita pelo gene BCRABL permite que a célula escape do controle do ciclo celular BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 146 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA FONTE httpsimageslidesharecdncomgenticadocncer14140410094656phpapp0195 genticadocncer140414121024jpgcb1397123289 Acesso em 10 jun 2020 FIGURA 41 FORMAÇÃO DO GENE ABERRANTE BCRABL E CARIÓTIPO DE INDIVÍDUO COM LMC PMLRARA a proteína supressora de tumor PML é um importante regulador da atividade de p53 e consequentemente do bloqueio do ciclo celular e do reparo ao DNA Também desempenha um papel importante no controle da apoptose da imunidade e de processos inflamatórios Essa proteína foi originalmente identificada em células de um tipo de neoplasia hematológica chamada leucemia promielocítica aguda LPA A LPA é caracterizada pela presença de uma proteína de fusão originada da translocação entre os cromossomos 15q22 e 17q211 que fusiona o gene RARA do receptor do ácido retinoico um receptor de superfície celular com o gene PML que como vimos é um gene supressor de tumor cujo produto está envolvido em várias funções antitumorais A t1517 detectada em mais de 90 dos pacientes com LPA resulta na proteína de fusão PMLRARA oncogênica e indutora da LPA Um ponto interessante é que é justamente a presença dessa proteína de fusão oncogênica que torna a célula leucêmica sensível ao medicamento ATRA que faz com que as células imaturas e imortais da LPA se diferenciem e morram Indivíduos que não possuem a t1517 por sua vez são resistentes a esse fármaco e seu prognóstico é bastante desfavorável SALOMONI DVORKINA MICHOD 2012 IMPORTANTE TÓPICO 4 GENÉTICA DE TUMORES 147 FONTE A autora FIGURA TRATAMENTO DA LEUCEMIA PROMIELOCÍTICA AGUDA LPA COM ATRA TENDO COMO ALVO A PROTEÍNA ONCOGÊNICA PMLRARA 4 NEOPLASIAS HEREDITÁRIAS As neoplasias hereditárias correspondem a apenas 1 dos casos de câncer e ocorrem quando um gene dominante herdado de um dos progenitores predispõe o surgimento de diversas malignidades como mama ovário sistema digestório e células sanguíneas Algumas das características clínicas associadas ao câncer hereditário incluem idade precoce no diagnóstico múltiplas neoplasias em um mesmo indivíduo muitos membros de uma mesma família apresentando neoplasias relacionadas e múltiplas gerações afetadas BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 O câncer de mama é o segundo tipo de câncer mais frequente no mundo e no Brasil segundo o INCA 2019 é a primeira causa de mortalidade por neoplasia em mulheres Grande parte dos casos de câncer de mama hereditário resulta de mutações germinativas nos genes supressores de tumor BRCA1 e BRCA2 Mulheres que apresentam mutação nesses genes têm 85 de probabilidade de desenvolver câncer de mama antes dos 70 anos Além disso também tem risco aumentado de desenvolver câncer de ovário Algumas medidas preventivas como amamentação prática de atividade física alimentação saudável e manutenção do peso corporal diminuem o risco mas mesmo assim ele ainda é bastante elevado BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 O câncer de pulmão é outro exemplo de neoplasia que pode ter origem hereditária Segundo a American Cancer Society 2019 é o câncer de maior mortalidade no mundo e o tabagismo é seu principal fator de risco associado a 90 dos casos Os cânceres de pulmão hereditários envolvem mutações em diferentes genes como TP53 RB1 EGFR KRAS e MET amplificações e deleções 148 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA bem como a presença do gene de fusão ALKEML4 Por outro lado cientistas observaram que alguns indivíduos japoneses e chineses apresentam risco reduzido de desenvolver esta neoplasia e estudos demonstraram que isso ocorre pela deleção de alelos dos genes CYP2A6 e CASP8 respectivamente Nesse caso essas mutações teriam efeito protetor para o câncer de pulmão Além dos cânceres de mama e de pulmão diversas outras malignidades podem ter origem genética como algumas leucemias que vimos anteriormente e alguns casos de carcinoma colorretal BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 A atriz Angelina Jolie realizou uma dupla mastectomia em 2013 removendo as duas mamas ao descobrir que possuía uma mutação hereditária no gene BRCA1 Segundo os médicos ela tinha 87 de chances de desenvolver um câncer de mama o que diminuiu para 5 após a cirurgia além de 50 de chances de ter câncer no ovário A mãe da atriz faleceu de câncer de mama aos 56 anos após lutar 10 anos contra a doença Atualmente existem testes genéticos que permitem a detecção de mutações nos genes BCRA1 e BCRA2 como técnicas de sequenciamento Você irá aprender mais sobre elas na Unidade 3 deste livro didático INTERESSANTE 5 NEOPLASIAS E VÍRUS Hoje sabemos que alguns tipos de vírus tanto de DNA quanto de RNA podem causar neoplasias malignas É claro acadêmico que assim como os outros fatores de risco que mencionamos anteriormente inclusive a predisposição genética o vírus sozinho não é suficiente para desencadear um câncer é preciso sempre haver uma combinação de fatores No entanto cerca de 15 dos tumores malignos humanos estão associados a infecções virais Mas você deve se perguntar como um vírus pode causar câncer Veja só quando estudamos o HIV no Tópico 3 desta unidade você viu que o vírus é formado apenas por ácido nucleico e uma capa proteica por isso precisa utilizar os mecanismos da célula hospedeira para se replicar Como muitos vírus contêm genes que codificam proteínas estimuladoras do ciclo celular durante a replicação do vírus na célula a célula infectada pode perder o controle do seu ciclo celular e assim iniciar a formação de um tumor BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 Na Figura 42 você pode acompanhar o desenvolvimento do câncer cervical a partir da infecção pelo vírus HPV E no quadro a seguir você irá conhecer alguns tipos de cânceres associados a infecções virais TÓPICO 4 GENÉTICA DE TUMORES 149 FONTE Adaptado de httpskdgrouproimageshumanpapillomaviruscausecancergif Acesso em 10 jun 2020 QUADRO 7 PRICIPAIS EXEMPLOS DE NEOPLASIAS MALIGNAS CAUSADAS POR VÍRUS FIGURA 42 DESENVOLVIMENTO DO CÂNCER CERVICAL A PARTIR DA INFECÇÃO POR HPV MATERIAL GENÉTICO VÍRUS CÂNCER ASSOCIADO DNA EpsteinBarr O vírus causa mononucleose infecciosa porém aumenta o risco de desenvolver linfoma de Burkitt doença de Hodgkin carcinoma nasofaríngeo e outros tumores sólidos Hepatite B e C HBV e HCV Causam inflamação no fígado e estão associados ao desenvolvimento de câncer hepático Herpesvírus Em pacientes com AIDS pode levar ao desenvolvimento de sarcoma de Kaposi Papiloma vírus Codificam proteínas que tem como alvo as proteínas supressoras de tumor RB1 e p53 está associado ao câncer de colo de útero 150 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA RNA HTLVI e HTLVII Causam tipos raros de leucemia linfocítica HTLVIII Chamado de HIV vírus da imunodeficiência humana causa a síndrome de imunodeficiência adquirida AIDS fator de risco para o desenvolvimento de sarcoma de Kaposi FONTE A autora Para saber sobre o CRISPR do inglês Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats assista à série documental Unnatural Selection e ao episódio De signer DNA da série Explained ambos disponíveis no Netflix DICAS TÓPICO 4 GENÉTICA DE TUMORES 151 Médicos combatem câncer com edição genética pela primeira vez nos EUA Sofia Aureli A primeira tentativa de utilizar a edição de genes CRISPR para combater o câncer foi realizada por médicos norteamericanos e parece até agora estável nos três pacientes que participaram do tratamento Dois dos pacientes enfrentavam mieloma múltiplo um câncer que afeta a medula óssea o terceiro luta contra um sarcoma um tumor maligno que se forma no tecido mole Antes da edição genética todos haviam falhado em procedimentos padrões e estavam ficando sem opções No procedimento os médicos retiraram as células do sistema imunológico do sangue dos pacientes e as alteraram geneticamente ajudandoas a reconhecer e combater o câncer O tratamento possui efeitos colaterais mínimos e é realizado apenas uma vez já que a edição genética é uma maneira de alterar permanentemente o DNA para atacar as causas de uma doença O CRISPR é uma ferramenta para cortar o DNA em um lugar específico e neste tratamento foram excluídos três genes que podem estar comprometendo a ação de defesa do sistema imunológico adicionando um novo recurso para fortificar o combate à doença Assim as novas células editadas devem se multiplicar dentro do corpo e agir como uma droga viva podendo curar doenças genéticas A técnica já havia sido utilizada contra outras doenças Em abril de 2016 o periódico Cell Reports avaliou que a técnica precisava de ajustes para evitar a ação do vírus da AIDS com sua alta capacidade de mutação Mais de um ano depois em maio de 2017 a revista Molecular Therapy publicou que cientistas da Universidade Temple na Filadélfia conseguiram editar o código e evitar que o vírus continuasse a se replicar em animais Em agosto de 2017 a Nature publicou pela primeira vez a modificação de genes defeituosos em embriões humanos para evitar uma condição cardíaca hereditária A pesquisa gerou embriões saudáveis que sem edição genética teriam desenvolvido a cardiomiopatia miotrífica doença que dificulta o bombeamento do sangue pelo coração Ainda existe bastante chão até os médicos chegarem em uma conclusão sobre o resultado do tratamento Mas por enquanto o doutor Stadtmauer afirmou que as células editadas sobreviveram e se multiplicaram como pretendido O plano é tratar mais 15 pacientes e avaliar como eles se saem no programa traçando um panorama sobre como a edição de genes CRISPR pode ser utilizada para o combate ao câncer LEITURA COMPLEMENTAR 152 UNIDADE 2 GENÉTICA CLÍNICA FONTE Adaptado de httpsg1globocomcienciaesaudenoticia20181127entendaocris pratecnicadeedicaodednaquepodetercriadobebesresistentesaohivghtml Acesso em 10 jun 2020 FONTE httpsolhardigitalcombrnoticiamedicoscombatemcancercomedicaogenetica pelaprimeiraveznoseua92727 Acesso em 10 jun 2020 153 RESUMO DO TÓPICO 4 Neste tópico você aprendeu que Câncer neoplasia maligna ou tumor maligno são termos usados para descrever mais de 100 doenças que têm em comum células com a capacidade de se multiplicar de forma descontrolada invadindo outros tecidos e causando metástase O processo de formação do câncer ou carcinogênese envolve as etapas de iniciação promoção e progressão o que em nível tecidual se inicia com uma hiperplasia que evolui para displasia câncer in situ e câncer invasivo A homeostase celular depende do equilíbrio entre proliferação diferenciação e morte celular enquanto que neoplasias malignas são caracterizadas por falhas em um ou mais desses processos o que resulta em proliferação descontrolada e imortalidade O ciclo celular é dividido em mitose e intérfase que é subdividida nas fases G1 S e G2 Entre essas fases existem pontos de checagem que conferem se a célula está se replicando de forma adequada A principal proteína responsável pelo controle do ciclo celular é a proteína p53 conhecida como guardiã do genoma Ela monitora a célula detecta erros bloqueia a proliferação da célula alterada ativa genes de reparo e ativa a apoptose Fenótipo mutador é a presença de translocações aneuploidias deleções cromossômicas e duplicações do DNA que aumentam os riscos de câncer Oncogenes codificam proteínas que contribuem para o fenótipo maligno da célula tumoral Eles são originados de genes comuns que recebem o nome de protooncogenes e sua ativação envolve desde mutações pontuais até translocações As translocações podem levar à formação de proteínas de fusão como a BCR ABL t9q22q encontrada na LMC e a proteína PMLRARA t1517 detectada na LPA Os cânceres de mama e de pulmão são exemplos de malignidades que podem ter origem hereditária O câncer de mama está associado a mutações nos genes supressores de tumor BRCA1 e BRCA2 enquanto o de pulmão está associado a diversas mutações amplificações deleções e translocações 154 Ficou alguma dúvida Construímos uma trilha de aprendizagem pensando em facilitar sua compreensão Acesse o QR Code que levará ao AVA e veja as novidades que preparamos para seu estudo CHAMADA Alguns tipos de vírus podem causar neoplasias malignas ao fundir seu material genético ao da célula hospedeira aumentando o risco de mutações Dentre eles estão o vírus HPV os vírus da hepatite B e C o vírus HTLV o herpes vírus e o EpsteinBarr 155 1 Explique brevemente as etapas de formação do câncer desde a mutação em uma única célula somática até a formação do câncer invasivo com metástase 2 As células humanas carregam instruções para se autodestruírem diante de condições alteradas ou patológicas Acerca do processo pelo qual a célula promove sua autodestruição de modo programado assinale a alternativa incorreta a A principal proteína responsável pelo controle do ciclo celular é a proteína p53 conhecida como guardiã do genoma b A morte programada é importante durante a embriogênese e a perda da capacidade de autodestruição pode levar a doenças autoimunes e ao câncer c A apoptose é o tipo mais estudado de morte celular regulada d Pontos de checagem são etapas importantes da apoptose intrínseca e extrínseca que controlam as etapas da morte celular 3 Ana tem 30 anos e está preocupada com o risco de vir a desenvolver câncer de mama uma vez que sua mãe teve esse tipo de câncer aos 38 anos e uma irmã com 33 anos apresentou recentemente um pequeno nódulo maligno no seio esquerdo Sabese que 5 das mulheres com câncer de mama herdam uma mutação germinativa no gene BRCA que determina suscetibilidade ao câncer Sobre a genética de tumores assinale a alternativa incorreta a A função normal dos genes BRCA1 e BRCA2 é suprimir tumores mas quando mutados aumentam as chances de desenvolver câncer de mama e ovário b Se Ana herdar a mutação isso seria suficiente para causarlhe câncer de mama c Oncogenes codificam proteínas que contribuem para o descontrole da divisão celular e para o fenótipo maligno da célula tumoral d Atualmente existem testes genéticos que permitem a detecção de mutações nos genes BCRA1 e BCRA2 como técnicas de sequenciamento AUTOATIVIDADE 156 157 UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM PLANO DE ESTUDOS A partir do estudo desta unidade você deverá ser capaz de conhecer os fundamentos das principais técnicas genéticas e de biologia molecular realizadas na rotina laboratorial entender o papel da Biomedicina no campo da genética e conhecer as principais áreas de atuação compreender o fundamento de outros conceitos importantes da genética como a farmacogenética e os alimentos transgênicos refletir criticamente sobre a importância da ética no campo da genética Esta unidade está dividida em três tópicos No decorrer da unidade você encontrará autoatividades com o objetivo de reforçar o conteúdo apresentado TÓPICO 1 PRINCIPAIS TÉCNICAS GENÉTICAS E DE BIOLOGIA MOLECULAR TÓPICO 2 APLICAÇÕES DA GENÉTICA PARA O BIOMÉDICO TÓPICO 3 OUTRAS APLICAÇÕES DA GENÉTICA Preparado para ampliar seus conhecimentos Respire e vamos em frente Procure um ambiente que facilite a concentração assim absorverá melhor as informações CHAMADA 158 159 UNIDADE 3 1 INTRODUÇÃO Olá acadêmico Seja bemvindo à terceira e última unidade da disciplina de Genética Humana e Médica Você iniciou esta jornada aprendendo alguns conceitos básicos na Unidade 1 como cariótipo cromossomo mitose RNA e DNA Essa base adquirida na primeira unidade do nosso livro didático lhe permitiu entender os princípios da hereditariedade na Unidade 2 na qual você estudou a herança monogênica e multifatorial dominante e recessiva autossômica e ligada ao sexo Nesta segunda etapa de aprendizado você também estudou dois tópicos com aplicações muito importantes dentro da genética a imunogenética e a imunologia de tumores Neste tópico você estudará as principais técnicas genéticas e de biologia molecular utilizadas na rotina laboratorial as quais são fundamentais para a formação do profissional biomédico Existem inúmeras técnicas utilizadas para a detecção e acompanhamento de doenças genéticas como aquelas que você conheceu na Unidade 2 deste livro A escolha do protocolo específico será baseada nas características da doença eou do gene envolvido da experiência e condições do laboratório a ser realizada a análise e do grau de confiabilidade que se deseja atingir Em termos gerais existem duas grandes áreas dentro de um laboratório de genética aquela que analisa os cromossomos e que é chamada de citogenética clássica e aquela que analisa os genes e que recebe o nome de genética molecular É claro acadêmico que a compreensão completa a respeito de cada etapa de execução das técnicas apresentadas neste livro ficará mais evidente caso você desenvolva algum tipo de estágio na área ou se especialize em genética laboratorial porém ao final desta unidade esperamos que você seja capaz de entender o fundamento e as principais aplicações de cada metodologia 2 CITOGENÉTICA Você aprendeu na Unidade 2 deste livro que muitas doenças genéticas são causadas por distúrbios no número e na estrutura dos cromossomos as alterações numéricas geralmente são descritas como variações da ploidia do organismo enquanto que as alterações estruturais por exemplo a fusão de um fragmento de um cromossomo com outro é denominada rearranjo TÓPICO 1 PRINCIPAIS TÉCNICAS GENÉTICAS E DE BIOLOGIA MOLECULAR UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA 160 Você também aprendeu que o cariótipo humano mas também o animal e vegetal pode ser observado pelo cariograma que corresponde à montagem de imagens capturadas no microscópio em que os cromossomos são arranjados em pares e em ordem decrescente BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 SNUSTAD SIMMONS 2017 Se o médico suspeitar que a doença genética de um paciente é causada por uma alteração cromossômica ele irá solicitar a um laboratório de citogenética a análise dos seus cromossomos A citogenética é portanto a parte da genética que estuda os cromossomos sua função estrutura comportamento biológico e patológico A citogenética clássica necessita que as células estejam em divisão para poder avaliar os cromossomos A metáfase da mitose é a fase mais utilizada pois é quando os cromossomos estão mais condensados o que facilita a visualização de alterações Já a citogenética molecular não depende de divisão celular pois é baseada principalmente na análise do DNA genes A citogenética molecular compreende as técnicas de hibridação in situ por fluorescência FISH hibridação genômica comparativa CGH e cariotipagem espectral SKY dentre outras CHAUFAILLE 2005 Neste tópico iremos abordar a técnica de citogenética clássica e a técnica de FISH 21 CITOGENÉTICA CLÁSSICA A citogenética clássica avalia os cromossomos a partir de células em divisão Para isso inicialmente são coletadas amostras de sangue pele ou de material obtido por amniocentese feto ou biopsia tumores como você pode observar na Figura 1 Após a coleta do material biológico e envio para o laboratório as células do paciente serão cultivadas para que elas se multipliquem Essa etapa é feita em garrafas próprias para a cultura de células com a adição de um meio de cultura apropriado e de um mitógeno que são substâncias que induzem a célula a se dividir mitose por isso o termo mitógeno KULKARNI ALKATEB COTTRELL 2016 A segunda etapa da técnica consiste no preparo das células cultivadas para a análise no microscópio Em um primeiro momento é adicionada uma substância chamada demecolcina um quimioterápico utilizado para bloquear a divisão celular Esse inibidor da mitose faz com que os cromossomos se encontrem na sua forma mais condensada e de melhor visualização a metáfase Em seguida é adicionada uma solução hipotônica que lisa apenas as hemácias eliminandoas da amostra Essa solução também irá inchar os leucócitos que serão visualizados ou seja irá aumentar o seu volume A amostra é então fixada com metanol e ácido acético a fixação é um processo químico utilizado na rotina laboratorial no qual amostras biológicas são preservadas para posterior análise Em uma terceira etapa os leucócitos fixados são transferidos para uma lâmina e marcados com um corante de modo a ser mais fácil visualizálos TÓPICO 1 PRINCIPAIS TÉCNICAS GENÉTICAS E DE BIOLOGIA MOLECULAR 161 Corantes como quinacrina e giemsa criam padrões de bandas úteis na identificação individual dos cromossomos Finalmente a lâmina corada é visualizada em um microscópio óptico e as imagens são fotografadas para posterior análise A partir da imagem obtida os cromossomos são organizados segundo seu tamanho e tipo para formar o cariograma do paciente KULKARNI ALKATEB COTTRELL 2016 SNUSTAD SIMMONS 2017 A citogenética clássica é muito eficaz para detectar alterações numéricas e estruturais dos cromossomos no entanto essa técnica possui a limitação de só permitir a visualização de alterações maiores que 5 Mpb 5 milhões de pares de bases o que acaba limitando seu uso para pesquisas mais específicas Além disso é uma técnica lenta pois requer o cultivo das células em cultura a preparação das lâminas e a análise dos cromossomos um a um o que requer pelo menos uma semana EUROGENTEST 2009 MENCK SLUYS 2017 FONTE Adaptado de Kulkarni AlKateb e Cottrell 2016 FIGURA 1 CITOGENÉTICA CLÁSSICA PROCEDIMENTOS UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA 162 BANDEAMENTO G A técnica de citogenética clássica que usa coloração com o corante de Giemsa é cha mada de banda G ou bandeamento G G de Giemsa O corante Giemsa tem esse nome em homenagem ao químico alemão Gustav Giemsa e é usado também no diagnóstico histopatológico da malária e outros parasitas O corante adere a regiões do DNA ricas em ligações timinaadenina por isso seu nome banda G pois ele produz um padrão de bandas horizontais claras e escuras ao longo dos cromossomos Esse padrão permite além da identificação exata de cada par cromossômico a análise da sua estrutura e a visualização de alterações estruturais como translocações e rearranjos O bandeamento G é a principal técnica molecular aplicada na citogenética para diagnós tico e confirmação da síndrome de Down por exemplo que como você viu na Unidade 2 é caracterizada pela presença de um cromossomo 21 a mais KULKARNI ALKATEB COTTRELL 2016 IMPORTANTE FIGURA GUSTAV GIEMSA EMBALAGEM DO CORANTE CARIÓTIPO DE UM PORTADO DE SÍNDROME DE DOWN FONTE httptwixarmek2Wm httptwixarmeq2Wm httptwixarmer2Wm Acesso em 15 jun 2020 22 HIBRIDIZAÇÃO IN SITU POR FLUORESCÊNCIA FISH A citogenética clássica apesar da sua importância histórica para o ramo da Genética Clínica apresenta muitas limitações quanto à sensibilidade e especificidade como você viu no tópico anterior Assim o desenvolvimento da citogenética molecular aumentou substancialmente a capacidade de detecção de anormalidades cromossômicas pois não necessita de células em divisão permite a identificação de alterações menores e é capaz de analisar o DNA celular in situ ou seja dentro da célula Assim a principal vantagem da citogenética molecular TÓPICO 1 PRINCIPAIS TÉCNICAS GENÉTICAS E DE BIOLOGIA MOLECULAR 163 dentre elas a técnica de hibridização in situ por fluorescência do inglês fuorescence in situ hybridization FISH é que ela permite a detecção de anormalidades específicas ou seja no alvo predeterminado CHAUFAILLE 2005 A técnica de FISH baseiase no uso de uma sequência de bases nitrogenadas a qual chamamos de sonda ou em inglês probe que é complementar ao DNA alvo que se pretende analisar Assim o termo hibridização referese à utilização dessa sonda contendo a sequência conhecida de nucleotídeos que é complementar a sequência de DNA que se deseja pesquisar RIEGEL 2014 Imagine por exemplo acadêmico que o médico suspeite que um paciente possua uma mutação específica no cromossomo 8 Ele irá solicitar a coleta de sangue desse paciente o envio ao laboratório e a pesquisa da presença daquela mutação Para isso uma sonda específica contendo a sequência desejada é adicionada à amostra Essa sonda além da sequência de nucleotídeos contém um corante fluorescente Se ocorrer a ligação da sonda com o DNA do paciente o corante fluorescente será detectado em um microscópio de fluorescência o que indicará a presença da mutação específica Na Figura 2 você pode observar as etapas principais da hibridização por FISH Como é possível utilizar sondas marcadas com diferentes fluoróforos é possível localizar vários genes de interesse simultaneamente Além disso tem a vantagem de ser uma técnica rápida específica e sensível NEVES GUEDES 2012 MENCK SLUYS 2017 A técnica de FISH é muito utilizada na clínica tanto para detectar anomalias genéticas quanto somáticas Veja o exemplo mostrado na Figura 2 Na segunda unidade do nosso livro didático você aprendeu que a leucemia mieloide crônica LMC é causada pela translocação de material genético entre os cromossomos 9 e 22 Essa translocação escrita como t 922 é causada pela fusão de uma parte do gene ABL1 do cromossomo 9 com parte do gene BCR do cromossomo 22 O resultado é o gene de fusão anormal chamado BCRABL1 que resultará no cromossomo anormal chamado cromossomo Filadélfia presente na maioria dos pacientes com LMC SNUSTAD SIMMONS 2017 Pela técnica de FISH com a utilização de duas sondas diferentes uma emitindo fluorescência verde e a outra emitindo fluorescência vermelha é possível observar os genes BCR e ABL normais representados pelas fluorescências verde e vermelha respectivamente e o gene fundido BCRABL representado pela sobreposição das duas fluorescências Essa fusão indica a presença da t 922 UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA 164 FONTE Adaptado de Halder 2012 p 16 httpsimageslidesharecdncomihcfishandflowcy tometry17022505174995ihcfishandflowcytometry121024jpgcb1487999900 Acesso em 15 jun 2020 FIGURA 2 PROCEDIMENTOS DA TÉCNICA DE FISH FOTO ILUSTRATIVA EM MICROSCOPIA DE FLUORESCÊNCIA E PRESENÇA DA T 922 23 OUTRAS TÉCNICAS DE CITOGENÉTICA MOLECULAR Além da técnica de FISH outras técnicas de citogenética molecular se destacam como a técnica de cariótipo espectral SKY a técnica de hibridização genômica comparativa CGH e a técnica de hibridação genômica comparativa por microarranjos CGHarray Figura 3 A técnica de SKY permite observar simultaneamente os 24 pares de cromossomos através de um coquetel de sondas que identificam cada par de maneira diferenciada Esse coquetel é formado por uma mistura de cinco fluorocromos com diferentes espectros e as imagens são adquiridas em um microscópio de epifluorescência A técnica CGH consiste na marcação do DNA do paciente com um fluorocromo verde e então na sua mistura com DNA controle marcado com um fluorocromo vermelho A proporção de fluorescência verde e vermelha ou seja a razão entre a intensidade do sinal obtido entre a amostrateste e o controle possibilita identificar pequenos segmentos de DNA deficientes microdeleção ou em excesso microduplicação A diferença essencial entre o CGH e o CGHarray é que a primeira é realizada em células em TÓPICO 1 PRINCIPAIS TÉCNICAS GENÉTICAS E DE BIOLOGIA MOLECULAR 165 divisão enquanto que a segunda usa a hibridização com uma série de sequências genômicas conhecidas e fixas em uma lâmina HALDER 2012 RIEGEL 2014 SNUSTAD SIMMONS 2017 Atualmente há uma tendência mundial em se utilizar o CGHarray como primeiro exame de investigação genética em crianças com anomalias congênitas e déficit cognitivo pois este é um método sensível que permite detectar um maior número de anormalidades cromossômicas na ordem de 20 contra 3 usando cariótipo convencional As principais desvantagens dessas técnicas de citologia molecular é que elas requerem kits e equipamentos próprios além de profissionais treinados o que aumenta o custo dos exames e limita seu uso MENCK SLUYS 2017 FONTE Adaptado de Dorritie et al 2004 Damours 2013 p 28 FIGURA 3 PRINCÍPIOS DAS TÉCNICAS DE CITOLOGIA MOLECULAR SKY CGH E CGHARRAY 3 BIOLOGIA MOLECULAR Você deve imaginar acadêmico que ao contrário dos cromossomos o DNA não pode ser visto através do microscópio Por isso quando o médico suspeita da presença de mutações em um gene ele irá encaminhar o paciente para um laboratório onde serão coletadas amostras de sangue e a partir dele o geneticista molecular irá extrair o DNA das células do paciente e usálo para realizar testes específicos Apesar de ser uma área ainda recente existem várias técnicas disponíveis atualmente para detectar alterações gênicas e para avaliar a presença de doenças genéticas A Genética Molecular é baseada no ramo da Biologia chamado Biologia Molecular que estuda as interações bioquímicas e celulares UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA 166 envolvidas na duplicação do material genético e na síntese proteica Os exames realizados por Biologia Molecular funcionam basicamente pela amplificação do DNA do material a ser estudado são altamente sensíveis e específicos e esta é uma das áreas de maior potencial para a realização de pesquisas na área clínica MENCK SLUYS 2017 A seguir iremos apresentar algumas das técnicas utilizadas em biologia molecular com aplicações na genética a extração do DNA a eletroforese de proteínas a reação em cadeia da polimerase PCR e o sequenciamento 31 EXTRAÇÃO E PURIFICAÇÃO DE DNARNA Como vimos acadêmico a primeira etapa de uma análise genética por biologia molecular é a extração do material genético de dentro da célula Praticamente qualquer tecido que contenha células nucleadas pode ser utilizado para a obtenção de DNA ou RNA porém por razões práticas a principal fonte usada na rotina laboratorial são os leucócitos glóbulos brancos do sangue periférico Para isso acadêmico o sangue deve ser coletado por punção venosa em tubo contendo o anticoagulante EDTA devendose evitar a heparina pois este anticoagulante interfere com a reação de PCR que você verá nos próximos itens Outra alternativa que vem sendo cada vez mais utilizada por ser um método não invasivo é a extração de material genético a partir de raspado bucal Após a obtenção do material a extração e purificação dos ácidos nucleicos podem ser realizadas por protocolos que utilizam reagentes preparados no próprio laboratório o que chamamos de métodos in house ou através do uso de kits comerciais Em geral todos os protocolos de extração de DNA envolvem as seguintes etapas PEREIRA LEISTNER MATTE 2001 ALVES SOUZA 2013 Figura 4 Rompimento das membranas primeiramente é preciso isolar as células nucleadas do tecido quando necessário e realizar o rompimento das membranas celular e nuclear para expor o DNA A lise de membranas celulares é realizada com soluções detergentes que desestabilizam os lipídios das membranas liberando os ácidos nucleicos Ligação à sílica em todos os kits são utilizadas membranas ou colunas de sílica nas quais o DNA se liga o que permite a retenção e concentração do material Lavagens uma vez que o DNA se ligou à sílica é preciso eliminar as demais substâncias presentes na amostra Essa etapa de purificação é feita com sucessivas centrifugações a fim de eliminar proteínas e gorduras contaminantes e de deixar apenas a sílica com DNA Os restos celulares precipitam para o fundo do tubo após a centrifugação assim o sobrenadante contendo os ácidos nucleicos é transferido para outro tubo no qual será adicionado etanol 70 Eluição agora que os resíduos da amostra já foram removidos na etapa anterior o último processo consiste em liberar o DNA da sílica O resultado deste processo é a obtenção do DNA isolado e purificado TÓPICO 1 PRINCIPAIS TÉCNICAS GENÉTICAS E DE BIOLOGIA MOLECULAR 167 FONTE http3bpblogspotcomxFlP9EoLpxkVencENrn7HIAAAAAAAABxocz2Q1axDXM s640tecnicabiologiamolecularextracaodnabiomedicinabmp httpsescoladigitalpro ductionstorages3amazonawscomuploads20191122233124jpeg Acesso em 15 jun 2020 FIGURA 4 ETAPAS DE EXTRAÇÃO DO DNA Em casos em que se deseja avaliar e expressão gênica pode ser necessário isolar o RNA das amostras no lugar de DNA Os métodos para isolamento de RNA também se baseiam na lise celular e na liberação dos ácidos nucleicos assim como na extração de DNA porém diferente deste o RNA é uma molécula altamente instável por isso o processo deve ser realizado na presença de inibidores que impedem a ação de ribonucleases RNases As RNases estão presentes em todos os lugares acadêmico no material biológico do paciente nas mãos do profissional que fará a análise e no meio ambiente em geral e essa é a principal dificuldade na extração de RNA pois faz com que o RNA seja rapidamente degradado Por isso a primeira etapa dos protocolos é a adição de tampões de extração que contenham por exemplo isotiocianato de guanidina uma substância que degrada as RNases e garante a integridade do material Atualmente existem diversos kits comerciais específicos para a extração eficiente de RNA BITENCOURT et al 2011 32 ELETROFORESE A eletroforese é uma das principais técnicas utilizadas em biologia molecular e foi proposta pela primeira vez em 1937 pelo bioquímico Arne Tisélius Ela permite a separação e a identificação de macromoléculas como DNA RNA e proteínas O princípio da técnica de eletroforese consiste na migração das moléculas presentes em um gel de acordo com o seu tamanho peso molecular e carga elétrica durante a aplicação de uma diferença de potencial corrente elétrica conforme pode ser observado na Figura 5 ALVES SOUZA 2013 PEREIRA LEISTNER MATTE 2011 Para realizar uma eletroforese o DNA extraído do material biológico deve ser aplicado em um gel feito de agarose ou de poliacrilamida O gel contendo as amostras é colocado em um suporte fase semimóvel também chamado de cuba eletrolítica que possui dois polos um com carga negativa cátodo e outro com carga positiva ânodo Na cuba o gel é então coberto por um tampão salino em geral TAE TrisAcetatoEDTA ou TBE TrisBoratoEDTA e é através deste UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA 168 tampão que a corrente elétrica é conduzida Como os grupos fosfatos do DNA possuem carga negativa a amostra corre do polo negativo para o positivo O tempo de corrida varia com o tamanho do fragmento que se deseja visualizar fragmentos maiores necessitam de mais tempo de corrida enquanto que fragmentos menores correm mais rápido No final do procedimento a distância que a amostra percorreu é comparada a um padrão chamado de marcador de peso molecular o qual permite a identificação do fragmento desejado a qual chamamos de banda Para a visualização das bandas é usado um corante que emite fluorescência sob a luz UV como o brometo de etídio e o gel é lido em um aparelho chamado transiluminador OLIVEIRA et al 2007 PEREIRA LEISTNER MATTE 2011 ALVES SOUZA 2013 FIGURA 5 ETAPAS DA ELETROFORESE EM GEL DE AGAROSE FONTE httpswwwsobiologiacombrconteudosBiotecnologiaeletroforesephp Acesso em 15 jun 2020 Em 1975 o pesquisador Ed Southern publicou um método revolucionário que permitia localizar genes importantes em fragmentos de DNA separados por eletroforese em gel O diferencial dessa técnica é que após a separação as moléculas de DNA eram transferidas para membranas de nitrocelulose ou náilon o que permitia sua marcação com sondas fluorescentes Esse processo de transferência do DNA do gel para a membrana foi chamado de Southern blot Figura 6 Alguns anos depois foi desenvolvida uma técnica similar de detecção TÓPICO 1 PRINCIPAIS TÉCNICAS GENÉTICAS E DE BIOLOGIA MOLECULAR 169 de moléculas de RNA chamada Northern blot O uso de RNA no lugar de DNA permitia a análise da expressão dos genes em diferentes circunstancias porém como o RNA é muito mais sensível à degradação era preciso ter maior cuidado para evitar contaminações Finalmente uma técnica que permitia a análise de proteínas foi desenvolvida ela recebeu o nome de Western blot e é extremamente importante para a pesquisa e para a clínica O western blot através do uso de anticorpos primários e secundários específicos permite identificar a expressão de uma infinidade de proteínas SNUSTAD SIMMONS 2017 FIGURA 6 ETAPAS DAS TÉCNICAS DE SOUTHERN BLOT DNA E NORTHERN BLOT RNA FONTE Adaptado de httpwwwbioredeptpageaspid1177 Acesso em 15 jun 2020 33 REAÇÃO EM CADEIRA DA POLIMERASE PCR Um marco essencial para a aplicação dos fundamentos de biologia molecular na rotina laboratorial foi o desenvolvimento da técnica da reação em cadeia da polimerase do inglês Polymerase Chain Reaction PCR PEREIRA LEISTNER MATTE 2001 O fundamento da PCR consiste na multiplicação de qualquer região do genoma em milhões de cópias através da enzima DNA polimerase o que permite o desenvolvimento de técnicas de diagnóstico muito mais sensíveis e específicas Atualmente a PCR possui inúmeras aplicações em diversas áreas da pesquisa e da clínica e no âmbito da genética permite a identificação de mutações eou polimorfismos em amostras biológicas de pacientes ALVES SOUZA 2013 Para que se possa amplificar um segmento de DNA específico na qual se suspeite que haja a presença de uma mutação é necessário saber as partes finais da sequência de nucleotídeos Sabendo disso a reação de PCR é preparada a partir dos seguintes componentes PEREIRA LEISTNER MATTE 2001 ALVES SOUZA 2013 OLIVEIRA et al 2007 MENCK SLUYS 2017 uma solução contendo a amostra de DNA que se quer amplificar chamado DNA alvo esse DNA pode ser extraído de amostras de sangue de culturas de microrganismos de espécimes clínicos de plantas etc uma enzima DNA polimerase estável ao calor chamada Taq polimerase que sintetiza novas fitas de DNA a partir da adição de novos nucleotídeos complementares ao DNA alvo quatro tipos de nucleotídeos com as bases nitrogenadas A T C e G chamados de dNTPs essenciais para a formação de novo DNA UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA 170 dois oligonucleotídeos chamados primers que são sequências de nucleotídeos complementares às duas extremidades 5 e 3 do fragmento de DNA a ser amplificado Os primers são sintetizados em laboratórios especializados e comprados para serem usados na técnica tampão de reação que fornece as condições de pH ideais para a reação além de cofatores como o cloreto de magnésio Após o preparo da mistura para a reação a amostra é colocada em um aparelho chamado termociclador que realiza uma série repetida de ciclos térmicos em média de 30 a 40 ciclos alternando entre temperaturas altas e temperaturas mais baixas Em termos gerais a alta temperatura causa a desnaturação da molécula de DNA e a abertura das fitas enquanto que a diminuição da temperatura permite a ligação do DNA alvo aos oligonucleotídeos complementares primers ALVES SOUZA 2013 OLIVEIRA et al 2007 Assim a técnica de PCR constitui se de uma série repetida de ciclos envolvendo os seguintes passos Figura 7 1 Desnaturação do DNA nessa etapa o aquecimento da reação a 9095 C pelo termociclador resulta na quebra das pontes de hidrogênio da molécula de DNA o que faz com que ele perca sua estrutura de duplahélice abra as fitas duplas e passe a se apresentar como duas fitas simples 2 Anelamento hibridização dos primers a reação é resfriada para permitir a ligação do primer com o DNA alvo de fita simples Cada primer possui uma temperatura de anelamento ideal específica de acordo com a sua composição em pares de base Assim a temperatura dessa fase é variável e sempre irá depender do ponto de fusão Tm do inglês melting temperature do primer usado 3 Extensão do DNA a síntese de novo DNA a partir do molde da fita simples original ocorre com o aquecimento da solução a 72 C temperatura ótima para a Taq DNA polimerase A enzima sintetiza a nova fita a partir dos dois primers de oligonucleotídeos usando os nucleotídeos dNTPs que foram adicionados ao tampão e que são sempre complementares à fitamolde Dessa maneira são formadas novas fitas de DNA de dupla hélice correspondente a regiãoalvo de amplificação delimitada pelos primers Após o término de um ciclo desnaturação anelamento e extensão todo o processo é repetido várias vezes até que se obtenha grande quantidade do DNA a ser amplificado A cada ciclo de amplificação o número de cópias da sequênciaalvo é duplicado e com a evolução dos ciclos da reação ocorre aumento exponencial do número dessas sequências O aumento do número de ciclos não é aconselhado em decorrência da redução da especificidade da reação OLIVEIRA et al 2007 TÓPICO 1 PRINCIPAIS TÉCNICAS GENÉTICAS E DE BIOLOGIA MOLECULAR 171 FIGURA 7 ETAPAS DA REAÇÃO EM CADEIA DA POLIMERASE PCR FONTE Adaptado de httpsmesuturkeyfileswordpresscom201404pcrjp gw500h584 Acesso em 15 jun 2020 34 VARIAÇÕES DA TÉCNICA DE PCR Com o desenvolvimento da Biologia Molecular como ciência acadêmico a PCR passou a ser mais e mais aprimorada e seu protocolo básico sofreu alterações que ampliaram o uso da técnica para diferentes finalidades Algumas dessas variações receberam nomes específicos e se tornaram muito utilizadas em laboratórios pelo mundo inclusive na área da genética médica A seguir apresentaremos algumas dessas técnicas UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA 172 1 RTPCR o nome RTPCR deriva do princípio da técnica que consiste em uma reação da enzima transcriptase reversa seguida de reação em cadeia da polimerase Em outras palavras é uma PCR realizada a partir de uma molécula de RNA mensageiro mRNA Como o mRNA é uma molécula instável é preciso usar a enzima transcriptase reversa para sintetizar uma fita de DNA complementar chamada cDNA a ela Para isso são usados primers especiais constituídos apenas de uma sequência de nucleotídeos T chamados primers oligo dT que irão se ligar à terminação poli A do mRNA e assim obter o cDNA para revisar a estrutura do RNA e do DNA acadêmico revise a Unidade 1 deste livro Após a obtenção do cDNA é feita uma reação de PCR normal Figura 8 PEREIRA LEISTNER MATTE 2001 FIGURA 8 TÉCNICA DE RTPCR FONTE Adaptado de httptwixarme0HWm Acesso em 15 jun 2020 2 PCR Multiplex é uma variação da técnica normal de PCR na qual são amplificados simultaneamente mais de um fragmento de DNA em um mesmo tubo de reação Neste caso são utilizados mais de um par de primers que hibridizam em regiões distintas do DNA A PCR multiplex permite assim a detecção de múltiplas mutações em uma única análise Figura 9 PEREIRA LEISTNER MATTE 2001 TÓPICO 1 PRINCIPAIS TÉCNICAS GENÉTICAS E DE BIOLOGIA MOLECULAR 173 FIGURA 9 ETAPAS DA PCR MULTIPLEX FIGURA 10 SEQUÊNCIA DA TÉCNICA DE NESTEDPCR FONTE httpsoldabmgoodcommarketingknowledgebaseimgPCRMultiplexPCRpng Acesso em 15 jun 2020 3 Nested PCR é uma variação usada para aumentar a sensibilidade e a especificidade do DNA amplificado Nessa técnica são utilizados dois grupos de primers em duas reações sucessivas Na primeira PCR usase o primeiro par de primers o produto gerado pode conter regiões amplificadas que não faziam parte do DNA alvo devido a reações inespecíficas O produto da primeira PCR é então utilizado como modelo para a segunda PCR usando o segundo par de primers e aumentando a especificidade da reação Figura 10 WILCZYNSKI 2009 Imagine acadêmico que se trata de uma PCR da PCR FONTE Adaptado de httpsoldabmgoodcommarketingknowledgebaseimgPCRNest edPCRpng Acesso em 15 jun 2020 UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA 174 4 PCR em tempo real qPCR também chamada de PCR quantitativa a qPCR permite a coleta de dados durante a amplificação do DNA e não apenas no final do processo como a PCR tradicional Isso é possível graças ao uso de corantes que se ligam ao DNA como o corante SYBR Green ou de maneira ainda mais específica com o uso de sondas especiais ligadas à enzima Taq DNA polimerase sondas TaqMan Assim a qPCR combina a técnica de PCR convencional que consiste na amplificação do DNA com uma técnica de detecção e quantificação desse DNA por fluorescência Todos esses processos ocorrem de forma simultânea em uma única etapa o que permite obter resultados mais rápidos e com maior precisão ARYA et al 2005 Para saber mais sobre a rotina de um laboratório de Citogenética e Genética Molecular leia o Guia de Boas Práticas Laboratoriais fornecido pela Unicamp disponível no endereço httpswww2ibunicampbrcaebEduardo20Beckerart2016pdf DICAS 4 SEQUENCIAMENTO Você viu nas unidades anteriores deste livro acadêmico que o genoma humano tem aproximadamente três bilhões de bases A T C e G que se organizam em sequências de DNA como longas fitas Você também viu que cada ser humano possui duas cópias desse genoma uma herdada do pai e outra herdada da mãe Assim quando falamos em sequenciamento genético estamos nos referindo a uma técnica que lê um a um cada nucleotídeo da sequência de DNA de um organismo o que permite em longo prazo decifrar todo o seu genoma O Projeto Genoma Humano concluído no ano 2002 tinha a finalidade de mapear todo o genoma humano pela técnica de sequenciamento Imagine que essa é uma tarefa tão complexa que levou anos para ser realizada e no final se nosso genoma fosse impresso na forma de um livro ele teria cerca de 840 mil páginas ALVES SOUZA 2013 A técnica de sequenciamento tradicional é feita pelo método de Sanger Figura 11 que consiste na incorporação aleatória de ddNTPs dideoxinucleotídeos trifosfatos em uma fita de DNA alvo pela enzima DNA polimerase A diferença entre ddNTPs e dNTPs é que os primeiros não possuem uma hidroxila na região 3 o que paralisa a síntese sempre que um ddNTP é incorporado resultado na formação de fragmentos de DNA de diferentes tamanhos MENCK SLUYS 2017 TÓPICO 1 PRINCIPAIS TÉCNICAS GENÉTICAS E DE BIOLOGIA MOLECULAR 175 A primeira etapa da reação consiste na desnaturação da molécula de DNA formando fitas simples que servirão de molde para a DNA polimerase É necessária a presença de sequências iniciadoras os primers para que a DNA polimerase possa começar a atuar Além disso a solução deve conter baixas concentrações de ddNTP e altas concentrações de dNTP No decorrer da reação a DNA polimerase utiliza os dNTPs para a síntese na nova fita de DNA até que aleatoriamente utiliza uma ddNTP a qual por não possuir uma hidroxila na posição 3 interrompe a polimerização da nova cadeia A inclusão de marcadores fluorescentes de cores diferentes para cada ddNTP permite a identificação da cadeia truncada que não foi capaz de terminar a polimerização em virtude da adição da ddNTP independentemente do tamanho do fragmento Os fragmentos são separados por eletroforese em gel de poliacrilamida Existem equipamentos sequenciadores automáticos capazes de distinguir os quatro tipos de ddNTP existentes em razão da captação de sua fluorescência A ordem em que os diferentes fragmentos passam pelo detector de fluorescência indica a sequência dos nucleotídeos da cadeia complementar ao DNA molde determinando assim a sequência original ALVES SOUZA 2013 p 173174 FIGURA 11 SEQUENCIAMENTO DE SANGER A E AUTOMATIZADO B FONTE TurchettoZolet et al 2017 p 28 UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA 176 Desde o ano de 2005 é possível utilizar o chamado sequenciamento de nova geração NGS do inglês Next Generation Sequencing que permite o sequenciamento simultâneo e em larga escala de múltiplos genes através da combinação das técnicas de sequenciamento PCR e fluorescência O NGS reduziu de forma drástica o tempo e os custos necessários para sequenciar o genoma o que popularizou a técnica em diversos laboratórios e aumentou sua aplicação clínica Atualmente além do sequenciamento de genomas propriamente dito é possível realizar o sequenciamento dos genes que são transcritos transcriptoma do conjunto de éxons exoma ou das proteínas expressas proteoma Mas você pode se perguntar acadêmico qual é a vantagem de analisar por exemplo o exoma de um indivíduo ao invés do seu genoma completo Acontece que o exoma é formado pelo conjunto de éxons que como você viu na Unidade 1 corresponde exatamente às sequências responsáveis por codificar moléculas de RNA que por sua vez codificam proteínas Assim embora os éxons correspondam a apenas 12 do genoma humano eles são responsáveis por 8090 das doenças genéticas conhecidas Por isso sequenciar o exoma de um indivíduo é uma estratégia mais barata e rápida do que sequenciar todo o seu genoma e que também permite a identificação de alterações gênicas YAMAMOTO 2017 A possibilidade de sequenciar o genoma ou uma parte do genoma de cada indivíduo tem mudado a forma de fazer medicina pois permite identificar a possibilidade do desenvolvimento de uma doença genética antes que ela ocorra Esse avanço abriu caminho para uma nova área a genômica e a obtenção de uma grande quantidade de dados genéticos nos últimos anos tornou necessário o auxílio da informática fazendo surgir outra área importante a bioinformática MENCK SLUYS 2017 TÓPICO 1 PRINCIPAIS TÉCNICAS GENÉTICAS E DE BIOLOGIA MOLECULAR 177 Painel Ampliado NGS de Risco Hereditário de Câncer Na Unidade 2 deste livro nós comentamos sobre o caso da atriz Angelina Jolie que realizou uma dupla mastectomia preventiva em 2013 devido à alta probabilidade de desenvolver câncer de mama Mas você sabia que a detecção do gene mutante BRCA1 no genoma da atriz foi realizada pela técnica de sequenciamento Segundo o site Genomika do Hospital Albert Einstein o teste mais completo atualmente dis ponível para a detecção de doenças genéticas sequencia cerca de 20 mil genes em busca de mutações associadas a doenças e custa cerca de R 500000 GENOMIKA 2020 Outro exame disponível é o Painel Ampliado de Risco Hereditário de Câncer que avalia 44 genes associados a câncer de mama intestino próstata endométrio entre outros A partir dos resultados deste exame o paciente em conjunto com seu médico pode planejar o melhor programa de prevenção para o câncer com dados personalizados baseados na sua constituição genética Incrível não é Você pode descobrir mais sobre este assunto no site httpswwwgenomikacombrblog ATENCAO 5 CLONAGEM Em 1997 quando cientistas anunciaram a clonagem da ovelha Dolly o assunto virou uma notícia de grande impacto mundial Mas você sabia acadêmico que a clonagem é na verdade um fenômeno muito comum na natureza Sim ela acontece toda vez que um organismo ou uma célula é formado a partir de outro por reprodução assexuada mantendo um conjunto de genes idêntico ao original Muitos protozoários fungos e bactérias reproduzemse por clonagem assim como nossas células ao se dividirem por mitose É claro que a clonagem de um mamífero como a Dolly é um processo muito mais complexo e que só foi possível com o avanço da engenharia genética e da biotecnologia Na biologia molecular clonagem consiste na produção de cópias exatas de um gene ou seja é uma técnica que replica o DNA desejado diversas vezes para gerar um número enorme de cópias idênticas O primeiro evento básico de uma experiência de clonagem é a extração do DNA a ser clonado através de técnicas semelhantes a que você estudou no início desta unidade Com o DNA extraído as demais etapas da clonagem serão descritas a seguir e apresentadas na Figura 12 BROWN 2009 ALVES SOUZA 2013 SUNSTAD SIMMONS 2017 BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA 178 Tratamento do DNA com enzimas de restrição as enzimas de restrição são produzidas por bactérias que clivam cadeias duplas de DNA exógeno localizadas no seu interior poupando a clivagem do seu próprio DNA Atualmente são conhecidas mais de mil enzimas de restrição que são essenciais para a genética molecular pois permitem a obtenção dos fragmentos de DNA que serão utilizadas na produção de moléculas híbridas no processo de clonagem Eletroforese em gel de agarose após o uso de uma determinada enzima de restrição em um segmento de DNA desejase saber em quantos fragmentos o DNA foi cortado e qual o tamanho desses fragmentos Para isso usase a eletroforese em gel de agarose técnica que você aprendeu anteriormente neste livro Formação do DNA recombinante em seguida é feita a inserção de um fragmento de DNA contendo o gene a ser clonado em outra molécula de DNA chamada de vetor de clonagem Um vetor de clonagem é uma estrutura de DNA geralmente circular com capacidade de se introduzir em células bacterianas sendo que os mais utilizados são os plasmídeos A fusão do gene a ser clonado chamado inserto com o plasmídeo vetor pela enzima DNA ligase in vitro produz uma molécula de DNA recombinante Transfecção a molécula de DNA recombinante é introduzida em uma célula hospedeira geralmente E coli um processo denominado transfecção Seleção as células são colocadas em meio de cultura e é preciso selecionar aquelas transfectadas das não transfectadas Isso pode ser feito através de marcadores como genes de resistência a antibióticos o tratamento da cultura celular com o fármaco irá matar as células não transfectadas deixando resistentes no meio apenas aquelas em que a transfecção teve sucesso Finalmente dentro da célula hospedeira ou seja in vivo ocorre a clonagem propriamente dita o vetor se multiplica e leva a multiplicação do DNA recombinante produzindo várias cópias idênticas do inserto desejado TÓPICO 1 PRINCIPAIS TÉCNICAS GENÉTICAS E DE BIOLOGIA MOLECULAR 179 FONTE Adaptado de httpswwwblogsunicampbrsynbiobrasilwpcontentuploadssi tes246201402320620x666jpg Acesso em 15 jun 2020 FIGURA 12 ETAPAS DO PROCESSO DE CLONAGEM GÊNICA UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA 180 Produção de hormônios pela técnica de clonagem molecular A clonagem é certamente um assunto fascinante acadêmico mas você pode se pergun tar afinal como clonar alguns pedaços de DNA pode nos beneficiar quanto seres huma nos e quanto sociedade Na verdade a clonagem possui inúmeras aplicações algumas delas você verá mais detalhadamente no Tópico 2 desta unidade Essas aplicações estão relacionadas à reprodução ao tratamento de doenças genéticas a clonagem de animais e plantas ameaçados de extinção etc Um dos usos mais importantes da clonagem é a produção de medicamentos como a síntese do hormônio do crescimento humano hGH cuja deficiência está relacionada ao nanismo Segundo Snustad e Simmons 2017 o hGH foi um dos primeiros produtos da engenharia genética era produzido em E coli que tinham um gene modificado constituído da sequência codificadora de hGH fundida a elementos reguladores bacterianos sintéticos Esse gene quimérico foi criado in vitro e introduzido em E coli por transfecção Em 1985 o hGH produzido em E coli foi aprovado para uso em seres humanos pela Food and Drug Administration nos EUA Antes da aprovação do hGH outro hormônio a insulina relacionada ao desenvolvimento de diabetes foi o primeiro produto de engenharia genética feito em E coli aprovado pela FDA em 1982 INTERESSANTE 181 Neste tópico você aprendeu que Existem duas grandes áreas dentro de um laboratório de genética a citogenética clássica que analisa os cromossomos e a genética molecular que analisa os genes A citogenética clássica avalia os cromossomos a partir de células em divisão mitose Ela permite a avaliação do cariótipo pela análise do cariograma e detecta alterações numéricas e estruturais Quando utiliza o corante de Giemsa é chamada de banda G ou bandeamento G A técnica de FISH baseiase no uso de uma sequência de bases nitrogenadas chamada sonda que é complementar ao DNA alvo que se pretende analisar e que contém uma molécula fluorescente A primeira etapa das análises genéticas por biologia molecular é a extração e purificação dos ácidos nucleicos da célula o que pode ser feito por métodos in house ou com kits comerciais A extração de RNA é mais complexa do que a de DNA pois o RNA é uma molécula instável que é degradada por RNases presentes no meio A eletroforese permite a separação e identificação de DNA RNA e proteínas Ela consiste na migração dessas macromoléculas presentes em um gel de acordo com o seu tamanho peso molecular durante a aplicação de uma corrente elétrica As técnicas de blot Southern Northern e Western blot são baseadas na transferência de DNA RNA e proteínas separados em uma corrida de eletroforese para membranas específicas o que permite posterior marcação com sondas e anticorpos A reação em cadeira da polimerase PCR baseiase na multiplicação de uma região do DNA através da enzima DNA polimerase A reação é feita em um termociclador que realiza uma série repetida de ciclos térmicos divididos em desnaturação anelamento e extensão O RTPCR é uma PCR realizada a partir de uma molécula de RNA mensageiro mRNA e requer a enzima transcriptase reversa para a síntese do cDNA O qPCR por sua vez é o PCR em tempo real ou quantitativo que permite a análise simultânea de dados durante a amplificação RESUMO DO TÓPICO 1 182 Sequenciamento é uma técnica que lê a sequência de cada nucleotídeo de uma fita de DNA o que permite mapear todo o genoma A técnica tradicional é feita pelo método de Sanger e atualmente são usados sequenciamentos de nova geração que permite o mapeamento do exoma usado na prevenção de doenças como o câncer Clonagem molecular consiste na produção de cópias exatas de um gene Sua técnica exige a formação de uma molécula de DNA recombinante DNA alvo mais plasmídeo a qual é transfectada para dentro de uma bactéria onde o material genético se replica A clonagem gênica possui diversas aplicações como na reprodução humana no tratamento de doenças e na produção de medicamentos como os hormônios sintéticos insulina e hGH 183 1 A ligação de um fragmento de DNA inserto com outra molécula de DNA vetor formando uma molécula de DNA recombinante é uma das fases da técnica de a Citogenética clássica b Reação em cadeia da polimerase c Clonagem molecular d Eletroforese em gel de agarose 2 Sobre as técnicas de citogenética analise as sentenças a seguir e assinale a alternativa que contém apenas as asserções corretas I A citogenética clássica avalia os cromossomos a partir de células em divisão e para isso as células do paciente precisam ser cultivadas em laboratório II A citogenética clássica permite analisar alterações nos genes de um indivíduo e é muito usada para detectar Síndrome de Down III A técnica de citogenética que usa o corante Giemsa é chamada bandeamento G IV A citogenética molecular é baseada na marcação dos cromossomos com sondas ligadas a substâncias fluorescentes hibridização in situ a I III IV b II III IV V c I IV V d II III V 3 Sobre as técnicas de Biologia Molecular analise as questões a seguir e assinale a alternativa que contém apenas sentenças corretas I A Biologia Molecular estuda as interações bioquímicas e celulares envolvidas na duplicação do material genético e na síntese proteica II A extração pode ser feita por métodos in house ou por kits comerciais sendo que a extração de DNA é mais delicada devido à presença de DNases no meio III A eletroforese é uma técnica que permite a separação e a identificação de proteínas de acordo com o seu tamanho e carga mas não de DNA e RNA IV O fundamento da PCR consiste na multiplicação de um gene em milhões de cópias usando a enzima DNA polimerase a I III IV b I II III c II IV d I IV AUTOATIVIDADE 184 4 A técnica cujo princípio consiste na migração das moléculas presentes em um gel de acordo com o seu tamanho peso molecular e carga elétrica durante a aplicação de uma diferença de potencial corrente elétrica é chamada de a Clonagem molecular b Reação em cadeia da polimerase c Bandeamento G d Eletroforese 5 Sobre as técnicas de blot apresentadas na primeira coluna relacione as características correspondentes apresentadas na segunda coluna e selecione a opção que apresenta a sequência correta I Southern blot II Northern blot III Western blot Pesquisa RNA Pesquisa proteínas Pesquisa DNA Usa anticorpos primários e secundários a I III II I b III II I III c II I III II d II III I III 6 Selecione as etapas da técnica de PCR na ordem em que são realizadas I a IV com as sentenças correspondentes descritas a seguir e assinale a alternativa que contém a sequência correta I Desnaturação II Anelamento III Extensão IV Repetição Realização de 3040 ciclos térmicos idênticos ao primeiro Aquecimento da reação para 72 C para ação da enzima DNA polimerase e adição dos nucleotídeos dNTPs Aquecimento a 9095 C pelo termociclador para quebrar as moléculas de DNA Resfriamento da reação e ligação às sequências iniciadoras ou primers 185 a III II I IV b IV I III II c IV III I II d I II III IV 7 Relacione as quatro variações da técnica de PCR I a IV com as principais características de cada uma delas e assinale a alternativa que corresponde à sequência correta I RTPCR II qPCR III PCR Multiplex IV Nested PCR PCR em tempo real permite a coleta de dados durante a amplificação do DNA resultando em uma técnica mais precisa Usa dois pares de primers em duas reações sucessivas a fim de aumentar a sensibilidade e especificidade da técnica Usa mais de um par de primers e permite amplificar mais de um gene na mesma reação PCR realizada a partir de uma molécula de mRNA usa a enzima transcriptase reversa para sintetizar uma molécula de cDNA a II IV III I b I IV III II c II III IV I d I IIII IV II 186 187 UNIDADE 3 1 INTRODUÇÃO Olá acadêmico Seja bemvindo ao segundo tópico da Unidade 2 do livro de Genética Humana Médica Você estudou na Unidade 1 as principais técnicas usadas em um laboratório de Genética e que devem ser dominadas pelo biomédico que deseja trabalhar nessa área Nosso objetivo aqui é apenas apresentar a base teórica de cada uma dessas metodologias tão importantes na rotina laboratorial e também na pesquisa básica e clínica Agora que já tem conhecimento sobre os fundamentos das principais técnicas utilizadas em um laboratório de Genética você irá aprender como elas são aplicadas nas diversas áreas de atuação do profissional biomédico Como você sabe a Biomedicina é uma área bastante ampla e mesmo dentro da Genética é possível trabalhar com diversos assuntos Neste segundo tópico você irá aprender como são diagnosticadas algumas das principais doenças hereditárias como princípios de clonagem podem ser aplicados em centros de reprodução humana como as técnicas de sequenciamento são utilizadas para prever a eficácia de medicamentos em uma nova área chamada farmacogenômica e qual é a importância da genética para as ciências forenses entre outros assuntos Ao final você deverá ser capaz de entender a importância do profissional biomédico e das técnicas aprendidas na Unidade 1 dentro de diversos contextos e também se familiarizar com as múltiplas áreas de atuação do mesmo dentro da Genética Lembrese de que sua participação e comprometimento com a disciplina são fundamentais para o seu sucesso Vamos lá 2 DIAGNÓSTICO DE DOENÇAS GENÉTICAS Talvez a primeira aplicação que você associe às técnicas de citogenética e biologia molecular aprendidas no tópico anterior é no diagnóstico de doenças E você não está errado A aplicação dessas técnicas na investigação de doenças genéticas ganhou força na década de 1990 e hoje está presente na rotina de laboratórios de todo o mundo TÓPICO 2 APLICAÇÕES DA GENÉTICA PARA O BIOMÉDICO 188 UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA O desenvolvimento de metodologias cada vez mais modernas levou ao surgimento de novas áreas como a Genômica a Bioinformática e a Engenharia Genética e tornou o diagnóstico molecular mais rápido e eficaz Atualmente existem mais de 1200 desordens e anormalidades cromossômicas que podem ser diagnosticadas pela análise de alterações específicas no DNA do paciente Você aprendeu neste livro que as doenças genéticas são causadas por alterações mutações eou polimorfismos no DNA e que essas alterações podem ser identificadas por protocolos laboratoriais de análise molecular O diagnóstico precoce favorece o acompanhamento médico a tempo de prevenir sequelas graves e muitas vezes evitar o óbito É importante ter em mente acadêmico que existem inúmeras técnicas disponíveis e a escolha do protocolo específico será baseada nas características da doença eou do gene envolvido na experiência do profissional nas condições do laboratório e no grau de confiabilidade que se deseja atingir Todos os métodos têm vantagens e desvantagens e requerem considerável experiência para serem realizados algumas técnicas são menos sensíveis mas mais baratas fáceis de serem executadas e financeiramente acessíveis outras podem ser altamente específicas mas são caras e complexas o que restringe seu acesso Assim é importante que o profissional conheça as limitações e vantagens das técnicas disponíveis para avaliar a melhor escolha dentro da sua realidade e daquilo que se deseja atingir SUNSTAD SIMMONS 2017 BORGESOSÓRIO ROBINSON 2013 A seguir iremos discutir o diagnóstico de algumas doenças genéticas Apesar do avanço das técnicas de citogenética e biologia molecular é importante lembrar que algumas doenças genéticas podem ser diagnosticadas com simples exames bioquímicos Por exemplo uma criança com atraso no desenvolvimento e características faciais específicas pode ser suspeita de ter uma doença autossômica recessiva chamada mucopolissacaridose A mucopolissacaridose é um grupo de doenças causadas pela deficiência genética de uma enzima geralmente a alfaLiduronidase o que resulta no acúmulo de glicosaminoglicanos GAGs dentro das células tecidos e órgãos levando a uma série de deformidades O diagnóstico pode ser feito pelo exame bioquímico da enzima e caso sua deficiência seja constatada testes genéticos são importantes para determinar exatamente qual mutação causou a doença Esse conhecimento irá orientar a família sobre a probabilidade de futuros filhos nascerem com a doença BROWN 2009 Em outros casos o médico pode suspeitar de uma anormalidade cromossômica ao detectar por exemplo alterações físicas compatíveis com síndrome de Down em um bebê Neste caso ele pode realizar a coleta de material e solicitar a observação do cariótipo por exemplo pela técnica de bandeamento G Você aprendeu que a construção de mapas citogenéticos do genoma de um indivíduo mostra a localização relativa de características morfológicas dos cromossomos Ex centrômeros marcadores citogenéticos ou bandas e também lesões cromossômicas visíveis TÓPICO 2 APLICAÇÕES DA GENÉTICA PARA O BIOMÉDICO 189 No caso do bebê suspeito a visualização de um cromossomo 21 a mais no cariograma confirma o diagnóstico Alterações cromossômicas também podem ser detectadas pela técnica de hibridização com sondas fluorescentes de FISH O diagnóstico de Síndrome de Down por FISH por exemplo utiliza sondas marcadas com sequências de nucleotídeos complementares a regiões do cromossomo 21 A presença de três cromossomos marcados no microscópio de fluorescência confirma o diagnóstico BROWN 2009 como você pode ver na Figura 13 FIGURA 13 DIAGNÓSTICO DE SÍNDROME DE DOWN PELA TÉCNICA DE FISH Legenda os três cromossomos 21 possuem fluorescência vermelha e o cromossomo 13 em verde foi marcado como controle FONTE httpslabtestsonlineessitesaaccltoesfilesinlineimagesFish20trisomy2021 jpg Acesso em 15 jun 2020 A técnica de FISH é também muito utilizada no diagnóstico de síndromes congênitas causadas por microdeleções perdas tão pequenas de parte do DNA de um cromossomo que não são detectadas pela cariotipagem clássica Um exemplo é a síndrome LissencefaliaMiller Dieker causada por microdeleções no braço curto do cromossomo 17 Indivíduos com essa síndrome possuem microcefalia retardo de desenvolvimento e outras anormalidades e apesar de não ser detectada pela técnica de bandeamento G 90 dos casos são diagnosticados por FISH FLEURY 2008 Outra técnica de citogenética molecular importante utilizada no diagnóstico de doenças é o CGHarray Ela é indicada em casos de suspeita de autismo atraso de crescimento e linguagem e anormalidades congênitas GENOMIKA 2016 Junto com FISH e CGHarray as técnicas de PCR e sequenciamento são as mais utilizadas no diagnóstico de doenças e alterações genéticas como a fibrose cística A fibrose cística é uma doença autossômica recessiva progressiva que afeta todo o organismo principalmente pulmões e sistema digestivo Ela é triada em recémnascidos no teste de Triagem Neonatal conhecido como Teste do Pezinho onde sua pesquisa é feita por métodos bioquímicos indiretos No entanto cerca de duas mil mutações já foram identificadas no gene responsável pela doença o CFTR sendo que a mutação deltaF508 está presente em 5070 dos casos Veja na Figura 14 os seis diferentes tipos ou classes de mutações no gene CFTR 190 UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA Os três mais graves são a síntese comprometida do gene classe I o processamento defeituoso da proteína após a tradução ou sua degradação aumentada dentro da célula classe II e a regulação alterada da proteína classe III MARSON BARTUZZO RIBEIRO 2013 Mas como detectar todas essas possibilidades de mutações Segundo o Laboratório Fleury 2008 existem duas opções de diagnóstico molecular para a fibrose cística O primeiro é feito por PCR Multiplex que permite a detecção de 106 mutações no gene CFTR e o segundo mais completo é pelo sequenciamento de nova geração NGS de todas as regiões codificantes e regiões adjacentes aos exons do gene CFTR FIGURA 14 ALTERAÇÕES NO GENE CFTR ASSOCIADO À FIBROSE CÍSTICA FONTE Adaptado de httpsunidospelavidaorgbrwpcontentuploads201307Figura 1811x1024png Acesso em 15 jun 2020 Outras doenças genéticas que podem ser detectadas por diagnóstico molecular são FLEURY 2008 Esclerose lateral amiotrófica ELA doença neurodegenerativa progressiva que envolve a perda de neurônios motores O diagnóstico é feito por sequenciamento NGS de todas as regiões codificantes dos genes envolvidos na doença como ABCD1 ABHD12 e ALS2 Cânceres mama cólon e próstata estimase que entre 5 a 10 dos casos de câncer de próstata são de origem hereditária O diagnóstico do câncer de próstata é feito por teste genômico RTPCR que analisa a expressão de mais de 10 genes no caso do câncer de mama são mais de 20 genes Também é possível fazer o sequenciamento NGS para identificar variantes patogênicas que agravam o prognóstico Intolerância à lactose a análise é feita por PCR e sequenciamento para identificar a variante genética CC 13910 localizada no íntron 13 do gene MCM6 situado próximo ao gene LCT que codifica a lactase O genótipo CC TÓPICO 2 APLICAÇÕES DA GENÉTICA PARA O BIOMÉDICO 191 está associado com a predisposição à intolerância à lactose e os genótipos TT e CT possuem a habilidade em digerir a lactose ao longo da vida sendo assim tolerantes à lactose Doença Alzheimer e Parkinson são as doenças neurodegenerativas mais comuns e o risco de desenvolver uma destas doenças pode ser melhor estimado quando a causa genética é conhecida uma vez que algumas mutações podem aumentar o risco e também proporcionar um início mais precoce destas doenças O diagnóstico é feito pelo sequenciamento NGS que avalia todas as regiões codificantes dos genes envolvidos nas doenças 21 DIAGNÓSTICO PRÉNATAL Você sabia acadêmico que caso o médico suspeite de uma anormalidade genética no feto durante a gravidez é possível solicitar um exame ainda no útero Vamos entender como isso ocorre Cerca de 4 de todos os neonatos apresentam algum tipo de alteração de origem genética e essas doenças podem ser divididas em três grupos principais aberrações cromossômicas doenças monogênicas e doenças poligênicasmultifatoriais causadas por mutações em vários genes e também associadas a fatores exógenos STRACHAN READ 2011 Existem vários fatores que podem fazer com que o médico solicite um exame genético prénatal como a idade materna e paterna pois a probabilidade de alterações cromossômicas aumenta com a idade Além disso o médico pode observar características no ultrassom que indicam a presença de um problema genético No caso de pais que já possuem uma doença genética conhecida ou caso o casal já tenha tido um primeiro filho com alguma anormalidade também se deve realizar o exame E como o material é coletado A amniocentese Figura 15 ou coleta do líquido amniótico normalmente é a técnica mais utilizada A coleta é feita com uma agulha que perfura a barriga da mãe e coleta 15 ml de líquido amniótico O procedimento é feito com auxílio do ultrassom entre 15 e 17 semanas de gravidez e o risco de aborto é de 05 a 1 Outra técnica importante de coleta de material para testes prénatais é a cordocentese que consiste na coleta de sangue da veia umbilical a partir do seu local de inserção na placenta As indicações mais comuns para esse tipo de coleta é quando há suspeita de anemia fetal associada à eritroblastose fetal e para a cariotipagem ou diagnóstico genético em gravidezes mais avançadas ALFIREVIC NAVARATNAM MUJEZINOVIC 2017 192 UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA FIGURA 15 TÉCNICAS DE COLETA DE MATERIAL INTRAÚTERO FONTE httpswwwfetalmednetoqueeamniocentese httpsi2wpcomwwwdrsa fiataiebtnwpcontentresourcesimagesspecialitesmaternitediagnosticprenataltechniques deprelevementgallery31jpg Acesso em 15 jun 2020 Para detectar aberrações cromossômicas as células coletadas por amniocentese ou cordocentese precisam ser postas em cultura como você viu anteriormente e só então os cromossomos metafásicos são analisados numérica e estruturalmente O líquido amniótico não cultivado pode ser usado para determinar os níveis de alfafetoproteína AFP que está aumentada em fetos com defeitos no fechamento do tubo neural e na parede abdominal Ainda hoje a avaliação do cariograma segue sendo o padrão ouro para o diagnóstico pré natal de alterações nos cromossomos quando se deseja avaliar todo o cariótipo A técnica de FISH foi a primeira que permitiu a detecção de aneuploidias nos núcleos interfásicos o que eliminou a necessidade de cultivar células e proporcionou resultados mais rápidos em cerca de 23 dias STEINHARD 2010 Com relação às doenças monogênicas atualmente conhecese cerca de 5000 distúrbios dessa natureza sendo que os mais frequentes são de origem autossômica dominante autossômica recessiva e ligados ao X Para o diagnóstico dessas doenças em geral são feitas PCRs para amplificação do gene obtido do material fetal seguida de técnicas de sequenciamento quando necessário O desenvolvimento das técnicas de PCR quantitativo e Multiplex aumentou ainda mais a especificidade dos diagnósticos A desvantagem dessas técnicas é que elas avaliam um ou mais genes específicos ou seja elas são excelentes quando se suspeita de uma doença particular pois permitem ir direto ao alvo mas são limitadas quando se deseja uma estratégia mais abrangente Nesse caso é usada a técnica CGHarray Atualmente o teste prénatal invasivo é indicado para todos os fetos com malformações estruturais detectadas na ultrassonografia e sugere se o uso de CGHarray como teste citogenético de primeira escolha Isso porque como você viu no tópico anterior essa técnica é muito mais sensível e ampla do que a cariotipagem tradicional e permite também a detecção de microdeleção e microduplicação algumas das quais podem causar distúrbios graves do TÓPICO 2 APLICAÇÕES DA GENÉTICA PARA O BIOMÉDICO 193 desenvolvimento infantil Nos últimos anos o sequenciamento do exoma tem sido utilizado para distúrbios fetais principalmente quando se suspeita de variações em um único nucleotídeo e seu uso no diagnóstico prénatal tende a aumentar nos próximos anos VERMEESCH VOET DEVRIEND 2010 SEXAGEM FETAL Saiba acadêmico que não apenas de doenças é feita a Genética Laboratorial em exames prénatais As técnicas de biologia molecular podem ser aplicadas a diversos outros as suntos como a determinação do sexo do bebê no início da gravidez idealmente a partir da 8ª semana de gestação Em 1997 um grupo de pesquisadores descobriu a presença de DNA do feto no plasma de mulheres grávidas Isso tornou possível não apenas o diag nóstico de alterações genéticas por métodos não invasivos mas também a possibilidade de determinação da sexagem fetal Mas como isso é feito Na verdade o princípio é muito simples como sabemos que existe DNA do feto do plas ma da mãe o exame é baseado na identificação do cromossomo Y na amostra materna Caso o cromossomo Y seja identificado sabese com certeza que o feto gerado é do sexo masculino Caso o cromossomo Y não seja identificado isso indica que só há cromosso mos X na amostra tanto da mãe quanto do feto o que sugere um bebê do sexo feminino Simples não Para a realização do procedimento o plasma é separado do sangue total e submetido a uma PCR com primers específicos para o cromossomo Y A visualização da banda em gel de agarose indica a presença desse cromossomo Veja na figura a seguir como isso ocorre No gel estão presentes as amostras de quatro indivíduos 123 e 4 As amostras foram aplicadas em quadruplicata ad para cada paciente e a letra M corresponde ao poço no qual foi aplicado o padrão de peso molecular usado como controle Podese observar a clara presença de banda para o cromossomo Y nas amostras dos indivíduos 2 e 3 indicando fetos masculinos enquanto que os fetos 1 e 4 são femi ninos Apesar de a quantidade de DNA fetal ser de apenas 36 do DNA total circulante no plasma materno como a PCR é uma técnica altamente sensível ela permite detectar quantidades muito pequenas de material após a 8ª semana de gestação a confiabilidade do resultado é de 99 Mas e no caso de gêmeos Gêmeos univitelinos gerados a partir de um único óvulo e um único espermatozoide são obrigatoriamente do mesmo sexo Nessa situação o diagnóstico segue o mesmo princípio apresentado anteriormente a detecção do cro mossomo Y indica gêmeos do sexo masculino e a não detecção indica o sexo feminino No caso de gêmeos bivitelinos é possível ter dois embriões de gêneros diferentes Assim a não detecção do cromossomo Y indica que não há fetos masculinos logo os dois são do sexo feminino Porém caso o cromossomo Y seja detectado sabese que pelo menos um dos embriões é do sexo masculino mas não é possível afirmar com certeza o sexo do segundo embrião SIQUEIRA FELIPIN 2018 IMPORTANTE 194 UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA REAÇÃO DE PCR PARA FRAGMENTO DO CROMOSSOMO Y A PARTIR DE DNA ISOLADO DO PLASMA MATERNO FONTE Levi Wendel e Takaoka 2003 p 689 22 TESTE DE PATERNIDADE Você já parou para se perguntar acadêmico qual é o princípio genético dos testes de paternidade Antes do advento da biologia molecular a única forma de elucidar minimamente a paternidade de um indivíduo era através de testes de tipagem sanguínea Essa alternativa era muito limitada pois no máximo permitia dizer que determinado homem não poderia ser o pai de determinada criança Imagine um homem de sangue AB e uma mulher O que tiveram um filho também O Com o seu conhecimento em genética você pode afirmar que não é possível que esse homem seja o pai biológico da criança Por outro lado se o suspeito pai tivesse sangue do tipo A não seria possível chegar a nenhuma conclusão apenas com esses dados SNUSTED SIMMONS 2017 O teste de paternidade é possível devido à existência de regiões polimórficas no nosso genoma Lembrese de que polimorfismo é quando determinado gene está presente com frequência em uma população e pode se expressar de diferentes formas Estas regiões polimórficas podem ser formadas por repetições consecutivas de número variável VNTR do inglês Variable Number of Tandem Repeats também chamadas de minissatélites ou por repetições consecutivas curtas STR do inglês Short Tandem Repeats ou microssatélites Por muito tempo os testes de paternidade usaram regiões VNTR isoladas com enzimas de transcrição e visualizadas pela técnica de Southern blot Atualmente são usadas regiões STR o que permite o uso de uma quantidade menor de material genético e são pesquisados 15 lócus após amplificação do material por PCR Para a PCR é utilizado um conjunto de primers marcados com diferentes fluorescências o que permite a visualização das bandas a partir de esferogramas gerados por eletroforese em um sequenciador automatizado STRACHAN READ 2011 ALVES SOUZA 2013 Na interpretação do resultado as bandas da criança são comparadas com as bandas da mãe e do suposto pai como mostra a Figura 16 Observe a figura quem você acha que é o pai biológico da criança TÓPICO 2 APLICAÇÕES DA GENÉTICA PARA O BIOMÉDICO 195 Sabendo que ela recebe de cada genitor um cromossomo de cada par de cromossomos homólogos cerca de metade dos marcadores do seu perfil provém de sequências de DNA herdadas da mãe e a outra metade do pai Assim quando os perfis são comparados todas as bandas no perfil de DNA da criança devem estar presentes nos perfis de DNA combinados dos pais biológicos Diante disso podemos afirmar que o pai biológico da criança do exemplo é o número 2 SNUSTED SIMMONS 2017 FIGURA 16 RESULTADO DE TESTE DE PATERNIDADE FONTE Snustad e Simmons 2017 p 597 23 ANÁLISE FORENSE A chamada Ciência Forense é uma área de atuação interdisciplinar que utiliza diversos conhecimentos científicos e técnicas especializadas para solucionar questões legais O biomédico também pode dar sua contribuição para a Ciência Forense ao traçar o perfil genético de indivíduos e comparálos com o material biológico encontrado em cenas de assassinatos estupros e outros crimes No caso de estupros por exemplo é possível identificar o DNA do sêmen deixado na vítima enquanto que o sangue de uma faca usada em um assassinato pode identificar o DNA do agressor Até um fio de cabelo ou raspados de pele podem ser utilizados pois basicamente qualquer material é capaz de fornecer DNA para análise Antigamente era preciso obter uma grande quantidade de DNA da cena do crime mas hoje em dia com o avanço das técnicas de biologia molecular é possível identificar o DNA de uma amostra contendo apenas vinte células e comparála com os possíveis suspeitos Não é incrível acadêmico 196 UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA Mas o que é feito em um laboratório de Genética Forense Assim como no teste de paternidade a análise forense é feita pela avaliação de microssatélites ou STR em uma técnica que ficou conhecida como DNA fingerprinting impressão digital de DNA Esse nome é devido ao fato de que pela análise do número de repetições desses trechos STR é possível individualizar uma pessoa e no caso da Genética Forense correlacionar com precisão determinado vestígio de algum suspeito ALVES SOUZA 2013 A técnica de DNA fingerprinting se inicia com a extração do DNA de amostras coletadas da vítima ou de algum suspeito Qualquer tipo de fluido biológico ou amostra de tecido que contenha células pode ser utilizado para a análise de DNA As amostras mais utilizadas atualmente são sangue sêmen no caso de crimes sexuais células do epitélio da bochecha amostras de biópsias de tecidos moles e ossos e pelos e cabelos que contenham células do bulbo capilar entre outras O DNA obtido é tratado pela técnica RFLP método que se baseia em clivagens feitas por enzimas de restrição enzimas que clivam o DNA em determinados pontos específicos gerando fragmentos de DNA de diferentes tamanhos e sequências específicas Em seguida esses fragmentos são separados por eletroforese marcados e analisados O perfil formado será específico de cada indivíduo dado que os fragmentos formados pelas enzimas de restrição os microssatélites têm quantidade variável de indivíduo para indivíduo ALVES SOUZA 2013 p 178 A Figura 17 mostra o tipo de perfis de STR usados em processos judiciais Quatro lócus estão sendo comparados na figura VWA TH01 TPOX e CSF1PO e comparando os perfis de fluorescência mostrados no gráfico podemos ver que o DNA obtido do sangue encontrado na cena do crime corresponde ao perfil do Suspeito 2 mas não ao perfil do suspeito 1 É importante lembrar que esse resultado não é suficiente para afirmar que o Suspeito 2 cometeu o crime mas indica que pelo menos ele esteve na cena do crime SNUSTAD SIMMONS 2017 Caso Leicester o primeiro assassinato resolvido com o uso da genética Em 1988 na Inglaterra duas adolescentes Lynda Mann e Dawn Ashcroft foram estupradas e mortas e um homem chamado Richard Buckland havia confessado os crimes Na mesma região vivia o médico e geneticista Alec Jeffreys professor na Universidade de Leicester Jeffreys estudava uma técnica que permitia a identificação de um indivíduo com quase 100 de certeza A polícia local que havia coletado os sêmens encontrados nas vítimas pediu para Jeffreys comparar o material com o DNA de Richard Buckland e o médico descobriu que ele não era o responsável pelos crimes Para tentar encontrar o estuprador e assassino a polícia incentivou uma campanha de doação de sangue na região Jeffreys analisou amostras de 3600 homens e comparou com o DNA extraído do sêmen Finalmente descobriuse que o padeiro Pitchfork havia sido o causador dos crimes e ele ficou conhecido como o primeiro indivíduo condenado por causa de um exame de DNA Leia mais sobre o papel da Genética na Ciência Forense em httpskasvicombrgenetica forenseimportanciaamostrassolucaocrimes INTERESSANTE TÓPICO 2 APLICAÇÕES DA GENÉTICA PARA O BIOMÉDICO 197 FIGURA 17 PERFIS DE DNA DE QUATRO LOCI STR PREPARADOS A PARTIR DE DNA ISOLADO DE SANGUE ENCONTRADO NO LOCAL DE UM CRIME E DE SANGUE COLETADO DE DOIS SUSPEITOS FONTE Snustad e Simmons 2017 p 598 198 UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA 24 REPRODUÇÃO HUMANA Uma das questões mais comuns envolvendo Genética e Reprodução Humana são casais que desejam porém não conseguem engravidar A dificuldade na reprodução atinge cerca de 20 da população mundial e o homem é responsável por 50 a 70 dos casos A infertilidade masculina pode ter causas genéticas como a presença de anomalias nos cromossomos sexuais mutações no gene CFTR e microdeleções do cromossomo Y Essas últimas correspondem a 710 dos casos e envolvem mutações no braço longo do cromossomo Y Yq em três regiões denominadas azoospermia factors AZF AZFa AZFb e AZFc relacionadas com a espermiogênese Você aprendeu que as microdeleções não são detectáveis na cariotipagem tradicional por isso outras técnicas precisam ser utilizadas como a PCR o FISH e principalmente o CGHarray BORGES MACEDO 2016 Com o avanço dos estudos em genética surgiram técnicas de Reprodução Humana Assistida que em termos gerais podem ser classificadas em intracorpórea como a Inseminação Artificial na qual a fecundação ocorre dentro da mulher e extracorpórea como a Fertilização in vitro FIV A FIV é uma técnica complexa na qual os ovócitos da mulher são retirados do seu organismo para serem fecundados em laboratório O material genético masculino cerca de 40000 espermatozoides que podem ser do parceiro ou de um banco de sêmen é adicionado ao meio contendo os ovócitos e caso a fertilização ocorra os embriões são reinseridos no útero Outra técnica extracorpórea usada em casos mais difíceis é a Injeção Citoplasmática de Espermatozoides ICSI que consiste na introdução de um único espermatozoide no interior do citoplasma do ovócito com o auxílio de micromanipuladores O biomédico especializado nessa área pode atuar no processo de identificação e classificação ovocitária processamento seminal espermograma criopreservação seminal classificação e criopreservação embrionária biópsia embrionária e na manipulação de gametas e préembriões PAULA et al 2019 FERREIRA et al 2017 Outro exemplo do uso da Genética na área de reprodução humana é no Diagnóstico Genético PréImplantacional PGD ou no Screening Genético Pré Implantacional PGS O PGD e o PGS têm o objetivo de analisar o embrião gerado por FIV ou ICSI ainda nos primeiros estágios de desenvolvimento 3º ou 5º dia após a fertilização e antes de ele ser implantado no útero da mãe No PGD são pesquisadas doenças específicas por exemplo caso os pais tenham o gene para fibrose cística enquanto no PGS é feito um rastreio em busca de anormalidades gênicas e cromossômicas Em ambos os casos recomendados principalmente quando há abortos frequentes ou suspeita de doenças hereditárias uma ou duas células do embrião são removidas no laboratório e testadas o que permite selecionar os embriões saudáveis para o implante no útero o que aumentam as chances de uma gravidez saudável As técnicas mais utilizadas para PGD e PGS são FISH CGHarray e sequenciamento NGS SOUZA ALVEZ 2016 TÓPICO 2 APLICAÇÕES DA GENÉTICA PARA O BIOMÉDICO 199 FIGURA 18 ESQUEMA ILUSTRATIVO DOS PROCEDIMENTOS DE PGD E PGS FONTE Adaptado de httpswwwinvitracomenwpcontentuploads201404WhatisPGD png Acesso em 15 jun 2020 241 Aconselhamento genético O aconselhamento genético é um conjunto de procedimentos realizados por profissionais médicos geneticistas biomédicos bioquímicos psicólogos etc que tem como objetivo informar e orientar indivíduos sobre o risco de ocorrência de doença genética em sua família Dentre os procedimentos estão incluídos o diagnóstico a etiologia o prognóstico o risco de repetição da doença e a prestação de esclarecimentos que possibilitem aos casais de risco tomar decisões sobre seu futuro reprodutivo O aconselhamento genético pode ser prospectivo quando previne o aparecimento de uma doença genética na família como no caso de casais de idade avançada ou retrospectivo quando já existem indivíduos afetados uma mulher filha de hemofílico quer saber o risco de ter um filho com a doença ou casal cujo primeiro filho teve anencefalia quer saber o risco de ter um segundo filho com a anomalia SNUSTAD SIMMONS 2017 Em alguns casos acadêmico o cálculo do risco de um casal ter um filho com determinada doença é relativamente simples e requer apenas o conhecimento dos princípios de herança mendeliana Entretanto muitos fatores podem complicar o cálculo como doenças com manifestação tardia e redução da penetrância Além disso é preciso analisar o risco não apenas de forma quantitativa mas também qualitativa Por exemplo apesar de o risco de recorrência de polidactilia poder chegar a 50 dificilmente um casal optará por não ter mais filhos devido à possibilidade de ele possuir um ou dois dedos a mais Por outro lado riscos muito menores para doenças graves como 125 para defeito de tubo neural pode levar um casal a optar por FIV seguida de PGD ou PGS SNUSTAD SIMMONS 2017 O importante no caso do aconselhamento genético é que o profissional seja capaz de orientar o casal sobre os possíveis riscos de doenças genéticas e possíveis soluções a fim de que eles sejam capazes de tomar a melhor decisão possível para a sua realidade 200 UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA 25 TERAPIA COM CÉLULASTRONCO No primeiro tópico da Unidade 1 do nosso livro didático acadêmico você conheceu as célulastronco seus diferentes tipos e onde elas podem ser encontradas no nosso organismo Você aprendeu que essas células especiais possuem duas características importantes o seu potencial de renovação o que as torna capazes de se reproduzir continuamente e sua capacidade de diferenciação ou seja de se especializar em diversos tipos celulares Neste subtópico nós iremos além e estudaremos o potencial terapêutico dessas células no tratamento de diversas doenças As pesquisas com célulastronco aumentaram significativamente nos últimos 20 anos Em 2006 um pesquisador japonês descobriu a possibilidade de obter célulastronco pluripotentes de maneira induzida esse processo é chamado de reprogramação celular isso solucionou um problema ético e também ampliou o potencial terapêutico das célulastronco Mas por que essa descoberta foi tão importante que rendeu um Prêmio Nobel em 2012 Você deve lembrar acadêmico que as célulastronco pluripotentes são muito especiais pois são capazes de dar origem a todos os tecidos do nosso corpo No entanto até então essas células eram obtidas de uma única forma de blastocistos humanos Quando casais com problemas de fertilidade realizavam FIV ou ICSI os embriões gerados no processo e que não eram utilizados poderiam ser doados para a pesquisa de onde seriam obtidas as célulastronco pluripotentes Você pode imaginar acadêmico que esse processo de obtenção das células tronco gera até hoje uma grande discussão ética entre diferentes segmentos da sociedade a respeito do uso e da possível destruição de embriões para fins de pesquisa Assim quando Shinya Yamanaka pesquisador japonês mostrou que era possível pegar uma célula especializada como por exemplo uma célula de pele e redirecionála de volta ao estágio embrionário pluripotente essas células reprogramadas foram chamadas de iPSC do inglês induced pluripotent stem cells essa descoberta revolucionou a comunidade científica Em outras palavras é possível pegar qualquer célula somática de um indivíduo adulto por exemplo células de pele e transformála em uma célula não especializada indiferenciada e com a capacidade de se dividir indefinidamente Figura 19 Yamanaka mostrou em suas pesquisas ser possível obter célulastronco pluripotentes sem a necessidade de usar embriões Essa célula indiferenciada e imortal teria o potencial de se especializar novamente na mesma célula da pele ou em outro tipo celular qualquer mesmo em um neurônio Isso pode ser usado em transplantes por exemplo ao obter células do próprio paciente reprogramá las e utilizálas no próprio indivíduo o que praticamente eliminaria os riscos de rejeição ZORZANELLI et al 2017 MENCK SLUYS 2017 TÓPICO 2 APLICAÇÕES DA GENÉTICA PARA O BIOMÉDICO 201 FIGURA 19 REPROGRAMAÇÃO CELULAR PARA OBTER CÉLULASTRONCO PLURIPOTENTES INDUZIDAS FONTE Adaptado de httpswwwstammzellennrwdefileadminprocessede9csmGra fik02zellreprogrammierungEea714e8d19png Acesso em 15 jun 2020 Além do uso em transplantes outra aplicação das iPSC é a possibilidade de reprogramar células de pacientes com doenças genéticas para transformálas em iPSC e então diferenciálas em células saudáveis Nesses casos as células somáticas do paciente são coletadas e no laboratório são reprogramadas para iPSC ex vivo Em seguida são diferenciadas para as células que originalmente estavam alteradas no paciente permitindo corrigir o problema Estudos envolvendo doenças capazes de ser modeladas pela reprogramação celular ainda são raros e envolvem principalmente doenças neurológicas e neurodegenerativas como o mal de Parkinson e a esclerose amiotrófica lateral ELA No entanto estudos recentes têm utilizado a edição gênica em fibroblastos de pacientes com βtalassemia homozigota e fibrose cística As iPSC geradas foram diferenciadas em hemácias livres da doença e em células epiteliais respiratórias com a devida correção no gene CFTR respectivamente as quais são então transplantadas de volta nos pacientes 202 UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA FIRFH et al 2015 XIE et al 2014 Imagine que incrível a possibilidade de utilizar essa técnica de célulastronco para tratar e curar pacientes com uma infinidade de doenças genéticas diferentes Veja ainda a seguir algumas aplicações do uso de célulastronco adultas na clínica EITELEVEN et al 2017 Célulastronco na substituição de tecidos membros e órgãos as célulastronco hematopoiéticas por exemplo dão origem às linhagens sanguíneas hemácias linfócitos e plaquetas e são utilizadas no tratamento de leucemia a partir da doação de medula óssea de alguém que seja compatível com o receptor Célulastronco na restauração do sistema cardiovascular a administração de célulastronco é capaz de reparar o tecido cardíaco em casos de doença arterial coronariana levando à formação de novos vasos sanguíneos e miócitos Célulastronco de origem dental obtidas principalmente da polpa dos dentes pode ser usada no reparo de tecidos dentais e faciais 26 TERAPIA GÊNICA A terapia gênica é definida como a transferência de material genético DNA ou RNA chamado transgene para células de um paciente visando à cura ou melhora de determinada doença No caso de doenças genéticas nas quais um gene está defeituoso ou ausente a terapia genética irá inserir genes funcionais nas células que tenham o gene defeituoso a fim de substituílos e com isso reparar o defeito e melhorar o quadro clínico do paciente A terapia gênica pode utilizar técnicas físicas Ex biobalística químicas Ex lipossomos eou biológicas Ex vetores virais para inserir o transgene no alvo e pode ser realizada in vivo ou ex vivo A seguir iremos conhecer algumas etapas dessa técnica 1ª ETAPA Isolar o gene nós vimos que existem mais de 5000 doenças genéticas então a primeira etapa da terapia gênica consiste em identificar a doença do paciente e isolar o gene que se deseja introduzir para corrigir o problema O isolamento do gene é feito por técnicas de clonagem e biologia molecular que mencionamos anteriormente 2ª ETAPA Definir se a técnica será in vivo ou in vitro a transferência gênica pode ser realizada in vivo quando feita diretamente ao paciente ou ex vivo em que as células são manipuladas em laboratório recebem o transgene e só então são inoculadas no paciente O método indireto ex vivo é mais demorado mas tem a vantagem de ser mais eficiente pois permite selecionar e ampliar as células antes da inoculação 3ª ETAPA Introdução do gene na célulaalvo assim como você viu no Tópico 1 no subtópico sobre Clonagem o gene desejado deve ser introduzido na célulaalvo e ser capaz de traduzir uma grande quantidade de proteína para TÓPICO 2 APLICAÇÕES DA GENÉTICA PARA O BIOMÉDICO 203 reparar o defeito genético Essa transferência pode ser feita de forma física química ou biológica sendo que o uso de vetores como retrovírus é a forma mais utilizada 4ª ETAPA Produção das células com DNA recombinante o vetor com o genealvo é introduzido na célula mantida em cultura e esta incorpora o DNA retroviral tornandose o que se chama de DNA recombinante 5ª ETAPA Introdução das células no paciente as células cultivadas são introduzidas no paciente e o genealvo produz a proteína corrigida substituindo a proteína doente e melhorando os sintomas da doença genética Veja na Figura 20 um exemplo de terapia gênica para o tratamento de anemia falciforme a doença genética de maior prevalência no Brasil A anemia falciforme é uma doença monogênica causada por uma mutação no gene da cadeia beta da hemoglobina o que dá origem a uma hemoglobina anormal chamada hemoglobina S HbS Essa hemoglobina alterada substitui a hemoglobina normal HbA e resulta em hemácias que perdem seu formato bicôncavo e adquirem um formato de foice o que prejudica sua atividade transportadora de oxigênio e resulta na sua destruição pelo baço Até recentemente a única opção de cura para pacientes homozigotos com a doença era o transplante de medula óssea o que é bastante limitante pois apenas 25 dos pacientes encontram doadores compatíveis Atualmente com a combinação da terapia de célulastronco com a terapia gênica os cientistas encontraram uma nova alternativa para a cura da anemia falciforme Para isso os cientistas isolam o gene funcional da hemoglobina e usando retrovírus ou lentivírus como vetores o introduzem em célulastronco hematopoiéticas coletadas da medula óssea vermelha MOV do próprio paciente Essas célulastronco hematopoiéticas são transplantadas para a MOV do paciente e ao se dividirem produzirão a hemoglobina funcional suprimindo as hemoglobinas alteradas GOUVEIA FERREIRA 2018 Veja a importância do biomédico especialista em genética acadêmico o exemplo apresentado mostra a combinação de várias técnicas apresentadas neste livro para o tratamento de uma única doença transplante terapia com célulastronco clonagem e terapia gênica 204 UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA FIGURA 20 ETAPAS DA TERAPIA GÊNICA NO TRATAMENTO DA ANEMIA FALCIFORME FONTE httpswwwsobiologiacombrconteudosBiotecnologiaterapiagenicaphp Acesso em 15 jun 2020 TÓPICO 2 APLICAÇÕES DA GENÉTICA PARA O BIOMÉDICO 205 Leia mais sobre terapia gênica em httpsg1globocombemestaraidsnoticia20191022cientistatestaterapiagenica paraimpedirreplicacaodohivempacientesnafrancaghtml httpssuperabrilcombrmundoestranhocomoefeitaaterapiagenetica DICAS Terapia gênica no tratamento do HIV A terapia gênica não tem aplicações apenas para doenças de origem genética cada vez mais cientistas no mundo todo tem usado essa técnica no combate a outras doenças como o HIV A ideia agora é utilizar os chamados lentivírus microrganismos com longos períodos de incubação e pertencentes à mesma família do HIV para transportar os genes terapêuticos que vão combater o vírus Esses genes serão inoculados nas célulastronco da medula dos pacientes retiradas previamente e corrigidas geneticamente em laboratório para inclusão dos antivírus Em seguida as células serão novamente injetadas nos doentes A expectativa é criar nos pacientes uma resistência ao vírus da Aids que impediria sua replicação no organismo O antivírus explicou a cientista à RFI Brasil contém um RNA ácido ribonucleico essencial no comando e coordenação dos processos biológicos que vai diminuir ou anular completamente a transcrição do correceptor da membrana do vírus HIV Finalmente com o tempo o vírus não conseguirá mais se replicar FONTE httpsanademorgbrsitecientistatestaterapiagenicaparaimpedirreplica caodohivempacientesnafranca Acesso em 15 jun 2020 IMPORTANTE 206 RESUMO DO TÓPICO 2 Neste tópico você aprendeu que Desordens cromossômicas como a síndrome de Down podem ser detectadas pela citogenética clássica por FISH e por CGHarray sendo que essas últimas também são capazes de detectar microdeleções Já técnicas de PCR e sequenciamento são usadas para detectar alterações gênicas responsáveis por uma série de doenças como a fibrose cística alguns tipos de câncer doença de Parkinson e Alzheimer e até intolerância à lactose O diagnóstico prénatal é aquele realizado no fetoembrião ainda no útero materno O material é coletado principalmente por amniocentese na qual uma parte do líquido amniótico é utilizada para detectar alterações genicas e cromossômicas A sexagem fetal consiste em pesquisar pela técnica de PCR sequências relacionadas ao cromossomo Y no sangue o que identifica o gênero masculino O teste de paternidade é baseado na pesquisa por regiões polimórficas do DNA formadas por microssatélites Sabendo que cada pessoa recebe 50 do seu material genético de cada um dos seus genitores é possível identificar no DNA da criança em questão bandas compatíveis com as bandas encontradas no DNA dos pais biológicos A avaliação de microssatélites também é utilizada em ciência forense para identificar a compatibilidade de materiais biológicos encontrados em cenas de crimes como sangue sêmen fios de cabelo etc com possíveis suspeitos Essa técnica ficou conhecida como DNA fingerprinting Na área de reprodução humana é possível usar a genética para identificar possíveis causas de infertilidade como a causada por mutações no cromossomo Y e também para técnicas de reprodução assistida como a inseminação artificial a inseminação in vitro FIV e a Injeção Citoplasmática de Espermatozoides ICSI O Diagnóstico Genético Préimplantacional PGD e o Screening Genético Pré Implantacional PGS tem o objetivo de analisar o embrião gerado por FIV ou ICSI antes de ele ser implantado no útero da mãe No PGD são pesquisadas doenças específicas e no PGS é feita uma triagem de possíveis anormalidades genéticas 207 O aconselhamento genético é um procedimento multidisciplinar que tem como objetivo orientar casais que desejam ter filhos sobre o risco de ocorrência de determinadas doenças genéticas em sua família Pode ser prospectivo ou retrospectivo As terapias com célulastronco podem utilizar células mesenquimais ou hematopoiéticas como no transplante de medula óssea e mais recentemente célulastronco pluripotentes induzidas iPSC obtidas através da reprogramação de células somáticas A grande vantagem desse método é a não utilização de embriões humanos A terapia gênica é definida como a transferência de material genético para células de um paciente visando à cura ou à melhora de determinada doença Para isso é preciso definir o gene que irá corrigir a doença em questão adicioná lo a um vetor e inserilo na célula do paciente O gene adicionado irá produzir a proteína que substituirá a proteína mutante 208 1 A metodologia mais simples e barata para detectar síndrome de Down é no entanto a técnica possui como desvantagem o devido à necessidade de fazer para obter Assinale a alternativa a seguir que contém a ordem correta das informações que preenchem as lacunas a Bandeamento G uso de corantes tóxicos clonagem celular Células em divisão b PCR uso de equipamentos complexos amplificação do DNA a sequência gênica do paciente c FISH uso de sondas fluorescentes amplificação do DNA a imagem da trissomia do 21 d Bandeamento G tempo para obter o resultado cultura celular células em divisão 2 Sobre a técnica de hibridização fluorescente in situ FISH utilizada assinale a alternativa incorreta a Ela utiliza sondas marcadas com sequências de nucleotídeos complementares a sequência de DNA alvo b Após a extração do DNA e marcação com a sonda fluorescente é necessário fazer uma eletroforese em gel de agarose para visualizar as bandas fluorescentes c Diferente da citogenética clássica ela pode ser usada no diagnóstico de microdeleções d Ela pode ser usada no diagnóstico de doenças genéticas como a síndrome de Down e também para doenças somáticas como a mutação BCRABL presente em algumas leucemias 3 Sobre o diagnóstico prénatal é incorreto afirmar a Uma das formas de coletar material para a análise é pela técnica de amniocentese que coleta o líquido amniótico através de uma agulha que perfura o ventre materno b Para detectar aberrações cromossômicas as células coletadas por amniocentese são postas em cultura e os cromossomos metafásicos são analisados numérica e estruturalmente c Para o diagnóstico de doenças monogênicas são feitas técnicas de cultura celular para amplificação do gene obtido do material fetal a partir de células em divisão d Para a pesquisa de doenças genéticas específicas o ideal é usar a técnica de PCR ou suas variações já para realizar uma triagem o ideal é a técnica de CGHarray AUTOATIVIDADE 209 4 Sobre o exame de sexagem fetal assinale as afirmativas a seguir e selecione a alternativa que contém todas as sentenças corretas I O exame é feito pela pesquisa do cromossomo Y na amostra de sangue materno II O exame é feito pela pesquisa do cromossomo X na amostra de sangue materno III A técnica usada é PCR seguida de eletroforese em gel de agarose IV Após a 8ª semana de gestação a confiabilidade do resultado é de 99 inclusive em gravidezes gemelares a As afirmativas I e III estão corretas b As afirmativas II e III estão corretas c As afirmativas I e IV estão corretas d As afirmativas I III e IV estão corretas 5 Sobre o uso da Genética nas ciências forenses e nos testes de paternidade é incorreto afirmar a Assim como no teste de paternidade a análise forense é feita pela avaliação de microssatélites ou STR b Em geral são feitas técnicas de PCR seguida de eletroforese em um método conhecido como DNA fingerprinting c Na interpretação do resultado do teste de paternidade as bandas da criança são comparadas com as bandas da mãe e do suposto pai d A confiabilidade do resultado depende da quantidade de material coletado sendo que são necessárias grandes quantidades de DNA para a obtenção do resultado 6 Sobre o papel da Genética nas técnicas de reprodução humana analise as sentenças a seguir e selecione a alternativa que contém apenas sentenças corretas I Microdeleções no cromossomo Y podem ser uma das causas de infertilidade masculina e elas podem ser detectadas por técnicas de citogenética clássica II A fertilização in vitro FIV é uma técnica intracorpórea na qual a fecundação ocorre dentro da mulher III A injeção citoplasmática de espermatozoides ICSI consiste na introdução de um único espermatozoide no interior do ovócito com o auxílio de micromanipuladores IV O Diagnóstico Genético PréImplantacional PGD e o Screening Genético PréImplantacional PGS têm o objetivo de analisar o embrião gerado por FIV ou ICSI ainda nos primeiros estágios de desenvolvimento para detectar doenças genéticas 210 a As afirmativas I e III estão corretas b As afirmativas III e IV estão corretas c As afirmativas II e IV estão corretas d As afirmativas II III e IV estão corretas 7 Sobre a terapia gênica analise as sentenças a seguir e selecione a alternativa que contém apenas sentenças corretas I Em pacientes com doenças genéticas nas quais um gene está defeituoso ou ausente é possível inserir genes funcionais que substituem os genes defeituosos do paciente II A terapia gênica pode utilizar técnicas físicas químicas eou biológicas como vetores virais para inserir o transgene e pode ser realizada in vivo ou ex vivo III A anemia falciforme é um exemplo de doença genética que pode ser tratada pela terapia gênica IV A terapia gênica utiliza técnicas de clonagem molecular biologia molecular e cultivo celular a As afirmativas I II e IV estão corretas b As afirmativas II III e IV estão corretas c As afirmativas I e III estão corretas d Todas as afirmativas estão corretas 211 UNIDADE 3 1 INTRODUÇÃO Olá acadêmico seja bemvindo ao último tópico do nosso Livro Didático de Genética Humana e Médica Neste tópico nós iremos abordar o princípio de alguns conceitos bastante amplos e complexos mas que são muito importantes dentro da Genética e por isso é necessário que você conheça pelo menos os seus fundamentos a Farmacogenética e a Farmacogenômica a Nutrigenômica os alimentos transgênicos e o papel da Genética no desempenho esportivo Por fim iremos discutir algumas questões de bioética pois você já deve ter percebido que a possibilidade de manipular genes vegetais animais e humanos abre precedentes para uma série de questões que tornam necessária a discussão sobre o desenvolvimento da ciência nessa área Até onde devemos ir Juntos nós viemos de uma longa jornada desde o aprendizado sobre os princípios moleculares da Genética na Unidade 1 quando você aprendeu sobre divisão celular cromossomos embriogênese e a organização do genoma humano passando pelo conhecimento dos fundamentos da hereditariedade e alterações cromossômicas na Unidade 2 onde você ainda estudou a Imunogenética e a Genética de tumores até finalmente chegar à Unidade 3 na qual todo esse conhecimento foi aplicado em técnicas de Citogenética e Biologia Molecular as quais por sua vez você aprendeu que são utilizadas em uma série de atividades clínicas e de pesquisa Neste último tópico nós esperamos que você seja capaz de entender os conceitos apresentados e aplicar tudo o que aprendeu até aqui para tirar suas próprias conclusões sobre as discussões éticas que permeiam o campo da Genética Obrigada pela sua companhia até aqui e bom aprendizado desses últimos conteúdos referentes ao nosso livro Bons estudos TÓPICO 3 OUTRAS APLICAÇÕES DA GENÉTICA 212 UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA 2 FARMACOGENÉTICA E FARMACOGENÔMICA Imagine acadêmico que uma pessoa descobre possuir uma doença grave como um câncer Ao descobrir a doença esse indivíduo receberá um tratamento com medicamentos quimioterápicos utilizados para o seu tipo específico de câncer Mas você já se perguntou por que algumas pessoas são curadas e outras que receberam exatamente o mesmo protocolo de tratamento não são Claro que existe uma série de fatores envolvidos no sucesso da quimioterapia mas um desses fatores é a variabilidade genética da população Essa variabilidade faz com que uma pessoa tenha sucesso no tratamento com um fármaco X enquanto que outra pessoa seja totalmente resistente a ele Não seria incrível se ao descobrir um câncer por exemplo fosse possível fazer uma análise genética desse paciente e ao invés de tratálo com medicamentos genéricos que não sabemos se terão efeito conhecer exatamente quais fármacos serão efetivos e administrálos já no início do tratamento Em outras palavras abandonar a tentativa e erro e ir direto ao alvo Nesse contexto sabendo que a resposta farmacológica para um medicamento não é a mesma para todos os indivíduos devido entre outros fatores à variabilidade genética a Farmacogenética é a ciência que estuda a variabilidade das respostas a fármacos em função das variações genéticas dos indivíduos Enquanto a Farmacogenética estuda os efeitos de genes isolados a Farmacogenômica estuda o efeito do genoma como um todo bem como o efeito das interações de vários genes simultaneamente As duas ciências permitem o que hoje chamamos de Medicina Personalizada a qual é baseada na investigação do perfil genético de um indivíduo para escolher a melhor opção terapêutica para ele O objetivo da Medicina Personalizada é aumentar ao máximo a probabilidade de eficácia terapêutica e minimizar o risco de toxicidade e reações adversas graves NOVA 2016 Uma das principais aplicações da Medicina Personalizada é no tratamento do câncer Na Figura 21 é possível observar uma imagem em que a técnica de FISH foi utilizada para identificar o gene amplificado HER2neu identificado na imagem pela fluorescência vermelha a fluorescência verde corresponde ao controle da reação Aproximadamente 25 dos pacientes com câncer de mama possuem amplificação desse gene Nesses pacientes é possível utilizar o fármaco trastuzumabe Herceptin que tem como alvo a proteína produzida por esse gene anormal No entanto nos 75 dos pacientes com câncer de mama negativos para HER2 o fármaco não será eficiente e serão necessários outros medicamentos BRASIL 2017 TÓPICO 3 OUTRAS APLICAÇÕES DA GENÉTICA 213 FIGURA 21 IMAGEM DE CÉLULAS DE TUMORES DE CÂNCER DE MAMA POSITIVAS PARA HER2 FONTE httpslabtestsonlineorgsitesaaccltousfilesinlineimagesFish20HER2neujpg Acesso em 15 jun 2020 Outro exemplo das aplicações da Farmacogenética e da Faramacogenômica é na avaliação do tratamento com Inibidores Seletivos da Recaptação da Serotonina ISRS Os ISRS são uma classe de medicamentos utilizados no tratamento de uma série de doenças relacionadas ao neurotransmissor serotonina como esquizofrenia ansiedade depressão etc Apesar de terem melhorado de maneira significativa o tratamento de doenças psíquicas os mecanismos de ação dos ISRS ainda não são totalmente conhecidos Além disso o efeito desses fármacos em um grupo de pacientes é bastante diverso enquanto algumas pessoas respondem muito bem a baixas doses do ISRS sertralina por exemplo outras não respondem ou apresentam muitos efeitos adversos ou necessitam de doses muito altas e em função disso precisam tentar outro medicamento Como as doenças psíquicas são bastante complexas e possuem componentes genéticos o conhecimento da variabilidade em genes envolvidos no metabolismo dos antidepressivos ou nos genes codificadores de proteínas relacionadas com seus sítios de ação pode fornecer informações que ajudem no manejo de dosagens e personalização da escolha das medicações utilizadas para o tratamento da depressão e ansiedade doenças cada vez mais comuns na nossa sociedade SILVA ANDRADE 2008 21 NUTRIGENÔMICA De maneira semelhante à Farmacogenômica a Nutrigenômica é um campo que vem crescendo na atualidade e tem o objetivo de estabelecer dietas personalizadas com base no genótipo de cada indivíduo para a promoção da saúde e redução do risco de doenças crônicas como o câncer Já está bem estabelecido que alguns nutrientes e compostos bioativos principalmente os de origem vegetal possuem efeito protetor contra determinadas doenças Por outro lado a variação genética que discutimos no tópico anterior também está presente na maneira como esses nutrientes atuam no nosso corpo Tessarin e Silva 2013 p 79 discutem por que isso acontece 214 UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA A partir de dados do sequenciamento do DNA humano constatouse que apesar das profundas diferenças existentes entre os indivíduos quanto a seus fenótipos como cor da pele tipo de cabelo peso e altura seus genomas apresentam similaridade de cerca de 999 A pequena variação interindividual de 01 se dá principalmente por meio de alterações discretas na sequência do DNA conhecidas como polimorfismos de nucleotídeo único SNPs pronunciamse snips que existem aos milhões no genoma humano Muitas vezes os SNPs podem levar a mudanças na estrutura função quantidade ou localização das proteínas codificadas alterando inúmeros processos fisiológicos Além de interferirem em características físicas os SNPs também podem influenciar o risco para doenças crônicas não transmissíveis necessidades de nutrientes e resposta aos alimentos Mas você deve se perguntar como isso acontece Veja a Figura 22 e imagine que os nutrientes que ingerimos são sinais que são detectados pelas células Uma vez detectados esses sinais desencadeiam alterações na expressão dos genes por exemplo podem induzir o aumento ou a diminuição da síntese de determinadas proteínas Essas proteínas podem estar relacionadas à produção de energia a processos metabólicos e inflamatórios e também à proliferação diferenciação e morte celular Por isso imagine um paciente com câncer com uma doença inflamatória como a aterosclerose ou com qualquer outra doença crônica O conhecimento sobre a capacidade dos nutrientes de modular a expressão gênica deve ser considerado na hora de escolher alimentos específicos que podem melhorar o prognóstico e a qualidade de vida desses pacientes É claro acadêmico que a ingestão e compostos bioativos nem sempre substitui o uso de medicamentos mas a nutrigenômica pode e deve ser uma aliada da terapia medicamentosa Por outro lado estudos mostram que dietas específicas estão associadas ao controle de determinadas doença sem o uso de moléculas sintéticas como o hipotireoidismo e a síndrome do ovário policístico além da dieta cetogênica para pacientes com autismo TESSARIN SILVA 2013 MEZZOMO NADAL 2016 CICCANTELLI DONINI 2019 TÓPICO 3 OUTRAS APLICAÇÕES DA GENÉTICA 215 FONTE https3rlabfileswordpresscom201609nutri2jpgw474h307 Acesso em 15 jun 2020 FIGURA 22 CADEIA DE EVENTOS DESDE A INGESTÃO DE UM NUTRIENTE ATÉ A RESPOSTA METABÓLICA BASEADA NA MODULAÇÃO GÊNICA 22 A INFLUÊNCIA GENÉTICA NO TREINAMENTO ESPORTIVO Além do impacto da dieta na promoção da saúde a prática da atividade física regular é outro importante fator a se considerar na prevenção e no tratamento de inúmeras doenças por isso a Organização Mundial da Saúde 2020 recomenda a realização de pelo menos 30 minutos de atividade física moderada por dia Porém além de fatores externos como o tipo de treinamento e a dieta é inegável que a genética desempenha um papel importante no grau de adaptação de um indivíduo a determinada atividade física Para pessoas comuns esse papel não é tão evidente mas em atletas de alto rendimento essa influência é bastante clara De fato hoje são conhecidos mais de 200 genes que estão relacionados ao desempenho físico humano Eles estão relacionados por exemplo à geração de energia síntese proteica atuação como neurotransmissores ou receptores de sinais hormonais e influenciam entre outros o ganho de massa muscular a resistência muscular e a densidade óssea os quais tem grande impacto na performance Veja o exemplo do gene ACTN3 responsável pela proteína alfaactina3 presente em fibras musculares de contração rápida as quais que possuem maior ganho de massa muscular e volume Essa proteína é expressa pelo alelo funcional R em indivíduos homozigotos ou heterozigotos Porém existe um polimorfismo chamado R577X no gene ACTN3 descrito pelo alelo não funcional X que está presente em cerca de 18 da população saudável Indivíduos XX têm maior dificuldade para realizar exercícios de força e tendem a ser sedentários ou realizar 216 UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA atividades aeróbias Um estudo com jogadores de futebol mostrou ainda que indivíduos RR ou RX eram mais rápidos e melhores em saltos que indivíduos XX TRINDADE 2017 Além do gene ACTN3 tem sido demonstrado que indivíduos que possuem concentrações aumentadas do fator de crescimento IGF1 têm maior lubrificação das articulações maior massa e força na musculatura esquelética Aqueles com maior produção de eritropoetina têm maior liberação de oxigênio nos tecidos ativos durante o exercício físico e possuem melhor desempenho em atividades de caráter aeróbio Além disso já se sabe que existem variantes genéticas associadas a uma maior predisposição a lesões de forma que a identificação desses casos permite preparar melhor o atleta com o objetivo de prevenilas SOUZA et al 2019 Doping genético O chamado doping genético consiste no uso de células genes e elementos gênicos ou na modulação da expressão gênica com objetivo de melhorar o desempenho esportivo O princípio é exatamente o mesmo que foi apresentado na terapia gênica inserção do genealvo dentro da célula do indivíduo com o uso de um vetor sendo que o gene produzirá a proteína desejada a diferença é que nesse caso o objetivo não é terapêutico mas sim relacionado à performance Os principais alvos em atletas são eritropoietina bloqueadores de miostatina hormônio de crescimento humano fator de crescimento IGF1 endorfinas leptina etc O doping genético é um dos grandes desafios das agências antidoping pois não há o uso de substância ilícita o que dificulta sua detecção CARDOSO 2018 ATENCAO Para aprender mais sobre a influência genética no desempenho esportivo leia os seguintes materiais httpwwwuspbraunantigoexibirid7913ed1400f14 httpswwweducacaofisicacombrcienciaefgeneticaedesempenhoesportivo Artigo Biologia molecular e esporte como a genética ajuda a melhorar o desempenho de quem pratica esporte Disponível em httppublicacoesacademicasunicatolicaquixada edubrindexphpmostrabiomedicinaarticleview39163428 DICAS TÓPICO 3 OUTRAS APLICAÇÕES DA GENÉTICA 217 23 ALIMENTOS TRANSGÊNICOS Atualmente existe muita discussão a respeito de alimentos transgênicos mas você sabe exatamente o que eles são Alimentos transgênicos são organismos que através de técnicas de engenharia genética receberam genes de outro organismo a fim de melhorar as características do alimento original É importante lembrar acadêmico que a melhoria genética de plantas e vegetais é uma prática constante e realizada pelo homem praticamente desde que ele dominou a agricultura A seleção de sementes mais resistentes de frutos mais doces e de vegetais mais suculentos automaticamente moldou os alimentos como os conhecemos hoje Atualmente porém é possível modificar diretamente o DNA das plantas e rapidamente acrescentar genes de outras espécies aos genomas vegetais por técnicas de recombinação do DNA Com isso é possível obter plantas mais resistentes a pragas maiores e mais palatáveis Os vegetais transgênicos podem ser produzidos por vários procedimentos diferentes porém o mais utilizado é a transformação mediada por Agrobacterium tumefaciens Figura 23 A tumefaciens é uma bactéria do solo que possui genes chamados genes cry que codificam proteínas tóxicas para insetos como besouros e lagartas Assim ao inserir o segmento de DNA dessa bactéria que contém os genes cry para as células vegetais elas passam a produzir essa proteína tóxica o que a protege dos insetos que se alimentam do vegetal BROWN 2009 FONTE httpsmeioambienteculturamixcomblogwpcontentuploads201302SaibaMais gif Acesso em 15 jun 2020 FIGURA 23 PRODUÇÃO DE ALIMENTOS TRANSGÊNICOS PELA INSERÇÃO DE GENES CRY 218 UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA 3 PRINCÍPIOS ÉTICOS EM MANIPULAÇÃO GENÉTICA Você viu ao longo deste livro acadêmico que os avanços recentes em Genética Biologia Molecular Biotecnologia e Engenharia Genética possibilitaram o avanço de técnicas laboratoriais que permitiram aos cientistas manipular o DNA de plantas animais e mesmo de seres humanos com o objetivo de alterar suas características originais Já há muito tempo inúmeras questões de certo ou errado bom ou mal estão envolvidas na medicina mas o número de questionamentos e de questionadores só cresce com o desenvolvimento dela que destino dar a uma gestação de um feto anencéfalo Como aliviar a dor de um paciente terminal Devese permitir selecionar embriões na FIV E o que fazer com aqueles não selecionados Como você pode imaginar todas essas possibilidades rendem inúmeros debates sobre possíveis riscos biológicos dessas práticas bem como sobre os aspectos éticos das pesquisas DIAFÉRIA 2002 SNUSTED SIMMONS 2017 Segundo o dicionário Aurélio a ética é definida como o estudo dos juízos de apreciação que se referem à conduta humana susceptível de qualificação do ponto de vista do bem e do mal seja relativamente à determinada sociedade seja de modo absoluto FERREIRA 2005 p 383 Em outras palavras ética é o ramo da filosofia que estuda o comportamento humano a fim de estabelecer limites que garantem uma convivência pacífica dentro de uma sociedade Ela define o que é correto e incorreto no agir humano Na década de 1970 surgiu o termo Bioética que busca aplicar a ética no contexto da biomedicina e da tecnologia científica a fim de entre outros objetivos proteger a vida e a dignidade humana TELES 2014 Com o termo Bioética tentase focalizar a reflexão ética no fenômeno vida Constatase que existem formas diversas de vida e modos diferentes de consideração dos aspectos éticos com elas relacionados Multiplicaramse as áreas diferenciados da Bioética e os modos de serem abordadas A ética ambiental os deveres para com os animais a ética do desenvolvimento e a ética da vida humana relacionada com o uso adequado e o abuso das diversas biotecnologias aplicadas à medicina são exemplos dessa diversificação É esse último contudo o significado que tem prevalecido na prática Com o espetacular desenvolvimento da biologia molecular e da genética médica a humanidade deparouse com novos questionamentos de caráter ético Para Noelle Lenoir presidente do Comitê Internacional de Bioética da UNESCO a Bioética nasceu a partir da seguinte pergunta importância capital Qual a influência do desenvolvimento da biologia molecular no futuro do homem TELES 2014 p 1 Atualmente a tecnologia do DNA recombinante as possibilidades de clonagem e de sequenciamento do genoma entre outros avanços na área da Genética possibilitam a construção de uma nova ideia de medicina a medicina TÓPICO 3 OUTRAS APLICAÇÕES DA GENÉTICA 219 preditiva aplicada à genética É possível encontrar por exemplo um paciente saudável e assintomático que seja portador de uma doença no seu genoma que poderá ou não aparecer futuramente A identificação dessas alterações genéticas permitirá ao médico prevenir a doença ou limitar seus efeitos Por outro lado a possibilidade de alterar organismos geneticamente sem nenhuma supervisão ou controle pode gerar resultados desastrosos que vão desde impactos ambientais graves até questões relacionadas à perda da dignidade humana segregação e eugenia A manipulação gênica pode curar e prevenir doenças mas também pode criar monstros Como tudo na vida existe um lado bom e um lado ruim e justamente por isso é preciso cautela ao decidir até onde podemos ir com o uso dessas tecnologias A seguir estão algumas questões éticas relacionadas à genética e levantadas por Clotet 2009 Até que ponto o bem da humanidade é melhor atingido com novas formas de vida por meio da engenharia genética Qual é o impacto para a saúde do uso de alimentos transgênicos Como avaliar os resultados da experimentação genética sabendo que alguns dos seus efeitos só serão manifestados nas gerações futuros Quais são os critérios utilizados no momento de fixar os riscos e benefícios experimentação genética É justo incentivar por meio do SUS as terapias gênicas de grande custo em fetos ou recémnascidos com doenças de alto risco quando grande parte da população não tem garantidas as suas necessidades de saúde mais elementares Quais são as doenças genéticas que deveriam ser submetidas a diagnóstico prénatal visando à interrupção da gravidez Quais são os limites da pesquisa eou aplicação de alterações genômicas de células germinativas Quais são os princípios que deveriam nortear a alteração do genoma de um ser ainda não nascido Quais são as fronteiras da eugenia Inúmeras Organizações Internacionais como a ONU a UNESCO a OMS e ONGs espalhadas por todo o planeta além de filósofos e entidades religiosas debatem a necessidade de diretrizes internacionais relacionadas à saúde justiça e ética a respeito das intervenções genéticas Frias 2013 destaca outras questões importantes envolvendo bioética e genética Problema da pesquisa testes de técnicas de intervenção genética em adultos devem ser realizados quando não há tratamento possível E em fetos e embriões A pesquisa com célulastronco embrionárias deve ser permitida E a clonagem terapêutica 220 UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA Problema dos organismos geneticamente modificados temos o direito de interferir na estrutura dos organismos vegetais animais e bactérias Organismos geneticamente modificados podem aumentar a dependência dos países subdesenvolvidos Problema da propriedade intelectual é possível haver um proprietário de genes e outras parcelas de DNA ou proteínas ou RNA Se sim quem tem o direito Como deve acontecer a participação das empresas privadas no patenteamento das biotecnologias genéticas gênicas e genômicas Problema da liberdade genes são responsáveis pelo comportamento das pessoas Há implicações quanto à responsabilidade moral e legal dos agentes nas descobertas genéticas Problema da reprodução quanto os pais devem poder decidir na reprodução assistida Como isso pode afetar o futuro da criança Como distinguir entre terapia e melhoramento Problema da desigualdade como a informação genética pessoal afetará a percepção social e individual das pessoas E das comunidades minoritárias A intervenção genética é uma ferramenta ou um empecilho à justiça distributiva Sua liberação aumentará a desigualdade social Problema da privacidade quem deve ter acesso à informação genética pessoal Estado seguradoras empregadores tribunais escolas agências de adoção militares polícia etc Enquanto você lê este livro acadêmico novas pesquisas estão sendo realizadas e a grande área da Genética segue sua expansão com tecnologias cada vez mais novas e possibilidades cada vez mais amplas Até onde seremos capazes de ir Até onde deveríamos ir Como evitar consequências sociais indesejáveis das intervenções genéticas Parece que só o futuro será capaz de responder a essas questões Assista ao vídeo acessando o link a seguir no qual são discutidas questões éticas em pesquisas genéticas httpswwwyoutubecomwatchvZsOL6LJPNlY DICAS TÓPICO 3 OUTRAS APLICAÇÕES DA GENÉTICA 221 LEITURA COMPLEMENTAR Fertilização embriões editados e o futuro da reprodução humana Eduardo Sequerra Até onde vai o limite do melhoramento genético É importante ter uma lei que regule as técnicas da reprodução assistida Durante o século XX diversas espécies tiveram seus óvulos e espermatozoides unidos em plaquinhas de vidro um processo que foi chamado fertilização in vitro FIV Foi então em 1970 que Robert Edwards e Patrick Steptoe anunciaram que não só conseguiram obter óvulos de mulheres como cultiválos em plaquinhas fertilizálos e deixálos progredir até se dividirem em 16 células Logo após isso eles começaram a implantar estes embriões em mulheres mas levaram um tempo para acertar o tratamento hormonal ideal para iniciar uma gravidez Após uma série de gravidezes curtas eles conseguiram estabelecer um protocolo que levou a uma gravidez ectópica em 1976 e que teve que ser interrompida Em 1978 então nasce o primeiro bebê fruto de FIV uma menina saudável chamada Louise Joy Brown Louise mostrou ao mundo que a FIV poderia dar esperanças a milhares de casais que não poderiam ter seus bebês sem tecnologias os auxiliando Mas clínicas de fertilização ao redor do mundo geram muito mais embriões em fase préimplantação do que geram bebês E este excedente é descartado Assim qualquer conceito moral sobre os direitos destes embriões deve tratar igualmente os embriões na mesma fase dentro do sistema reprodutivo de mulheres Nossa sociedade criminaliza muito mais uma mulher com gravidez indesejada do que clínicas que dão esperança a casais inférteis Há muita hipocrisia nisso É importante que criemos leis para as propagandas de técnicas de reprodução assistida Uma breve sondagem por websites de clínicas de fertilização brasileiras mostra que a forma como a informação é passada leva a crer que é praticamente garantida a produção de um bebê Mas na verdade é uma loteria Segundo o Centro de Controle de Doenças e Prevenção CDC dos Estados 222 UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA Unidos tais ciclos de tratamento quando utilizando óvulos frescos funcionam em 38 das mulheres abaixo dos 35 anos 23 entre 38 e 40 anos 14 entre 41 e 42 e 7 entre 43 e 44 Isso é a probabilidade de dar errado é muito maior E estas mulheres carregam o fardo de terem falhado quando na verdade as causas são em maior parte intrínsecas à eficiência da técnica Se estas pessoas assinam um termo de consentimento esclarecido que o esclarecimento seja completo e comece na propaganda Caso os pais candidatos a FIV tenham filhos com doenças genéticas ou histórico de família é possível identificar a herança de tais alelos antes da implantação Durante os primeiros dias de um embrião de mamífero a perda de uma célula pode ser compensada pelas restantes sem prejuízo à formação do embrião Da mesma maneira se o bolinho de células que formam um embrião se divide em dois bolinhos os dois podem gerar fetos No caso gêmeos idênticos Assim como embriões podem viver muitos dias antes de implantar no útero é possível retirar algumas células do mesmo para identificar se o mesmo herdou o alelo perigoso ou para selecionar um embrião que possa ser doador para um irmão mais velho Durante os anos 2000 Karen Mulchinock uma portadora de uma mutação no gene HTT que causou neurodegeneração em membros de sua família deu à luz a duas meninas fruto de FIV e que foram selecionadas por não herdarem o alelo mutado É uma maravilha a possibilidade de termos famílias livres de doenças genéticas e também da paranoia de passar tais alelos para seus filhos Mas um problema é que assim como muitas tecnologias em medicina o diagnóstico genético préimplantacional não está acessível para a maior parte da população Quais são as consequências desta desigualdade a longo prazo Importante aqui não temos uma lei que regule as técnicas de reprodução assistida Mas segundo a Resolução nº 21682017 do Conselho Federal de Medicina tal diagnóstico só pode ser utilizado para alterações genéticas causadoras de doenças Por enquanto selecionar características como a cor dos olhos ou o sexo do bebê é proibido Mas não por uma lei Nos últimos dez anos chegamos em um novo patamar criamos tecnologia para realizar melhoramento genético O melhoramento genético consiste na edição da sequência do DNA de nossos bebês Já editamos embriões e células somáticas de animais há muito tempo por técnicas que não são muito seguras para humanos Mas tudo mudou com a descrição de uma tecnologia chamada CRISPR Bactérias utilizam CRISPR por milhões de anos como uma forma de adquirir resistência a infecções virais que encontraram no passado E para isso elas utilizam uma enzima que é capaz de reconhecer regiões do genoma cortálas e introduzir uma nova sequência Cientistas passaram a utilizar essa técnica por que ela dá direção a edição genômica insere e corta em um local que o experimentador define Ela pode ainda ser utilizada em qualquer espécie ou célula e é barata O surgimento desta tecnologia logo levou cientistas a se preocuparem com a possibilidade da edição do genoma de humanos Em 2015 um grupo de notáveis se reuniu e pediu uma moratória antes que qualquer grupo começasse a editar embriões humanos No mesmo ano Liang e colaboradores publicaram a tentativa de editar um TÓPICO 3 OUTRAS APLICAÇÕES DA GENÉTICA 223 gene de um embrião gerado por FIV com CRISPR Estes embriões eram fruto da fertilização de um óvulo por dois espermatozoides e portanto não eram viáveis morreriam de qualquer forma no início do desenvolvimento Além da edição não ter sido completa o CRISPR que estes autores desenharam causou a edição de regiões do DNA que não estavam originalmente no plano Estas edições fora do lugar são perigosas por que podem levar a alterações em genes importantes para regular a divisão celular por exemplo e assim produziriam um câncer Liang e colaboradores concluíram então que CRISPR não é seguro pelo menos naquele momento Mas até onde vai o nosso controle O que aconteceria se um cientista resolvesse cruzar a barreira e gerar um bebê editado Pois é não temos provas ainda mais um cientista Jiankui He afirmou recentemente na internet que gerou duas gêmeas editadas por CRISPR As duas segundo seu próprio relato são saudáveis e já estão em casa Aparentemente ele não passou por nenhum comitê de ética para aprovar o projeto e por isso o consentimento esclarecido aos pais é duvidoso As meninas não eram originalmente portadoras de nenhuma doença genética e tiveram seus genomas editados para não ter mais o gene que codifica a proteína CCR5 Aparentemente em uma delas a edição aconteceu só em algumas células e ela é um mosaico A CCR5 é utilizada pelo HIV para entrar nos linfócitos e os poucos humanos que possuem uma mutação neste gene são resistentes a infecção E qual seria a justificativa para editar o genoma destas meninas O pai das meninas é HIV positivo Mas será que é uma justifica suficientemente boa Passando por cima de todos os riscos O diagnóstico préimplantação não poderia ser utilizado para determinar se os embriões estavam infectados Na minha opinião e na de muita gente não havia justificativa Mas bom parece que nossa opinião não interessa mais se este caso não for exemplar Aparentemente Jiankui foi suspenso de suas funções e está sendo investigado O que será que vai acontecer com ele Prisão Depende das leis da China E se fosse no Brasil teríamos leis para punilo Me parece que devemos discutir uma lei em breve Que tipos de uso poderemos encontrar para o CRISPR A invenção das cirurgias plásticas melhorou a vida de muitas pessoas que precisavam restabelecer função como vítimas de queimaduras ou pessoas com obstruções nas vias respiratórias Mas logo foi utilizada para fins estéticos Milhões de pessoas estão dispostas a correr os riscos intrínsecos de uma cirurgia para se tornarem mais atraentes E tudo leva a crer que muitos estariam dispostos a correr os riscos do melhoramento genético por razões fúteis É possível que em um futuro próximo saibamos quais genes alterar em nossos embriões para aumentar sua probabilidade de serem altos fortes e talvez até inteligentes até agora não existem genes de inteligência descritos e tudo indica que eles não existem E onde fica a individualidade de um filho geneticamente mais forte se ele simplesmente não criar interesse em esportes Daremos aos pais o direito de decidir o genótipo de seus filhos Corremos o risco de ver o crescimento da eugenia racismo através da tecnologia 224 UNIDADE 3 TÓPICOS AVANÇADOS EM GENÉTICA O conceito de melhoramento genético se baseia na ideia de que sabemos distinguir entre sequências boas e sequências ruins de DNA Mas acontece que esta classificação pode depender de contexto Se uma pessoa herda apenas um alelo da beta globina com uma mutação que leva à anemia falciforme na maioria das condições este seria classificado como um gene ruim Porém se esta pessoa vive em exposição ao parasita que causa malária suas chances de sobreviver a uma infecção aumentam E por isso este alelo ruim foi selecionado em diversas populações humanas onde a malária está presente Todos nós provavelmente somos heterozigotos carreadores de alelos ruins e é por isso que casar com parentes é uma má ideia Mas nesta variabilidade está a nossa chance de resistir a novas doenças e nos adaptar a novas condições Sem contar que é onde mora a beleza da variabilidade de nossa espécie FONTE httpsnossacienciacombrcolunasfertilizacaoembrioeseditadoseofuturodare producaohumana Acesso em 15 jun 2020 225 RESUMO DO TÓPICO 3 Neste tópico você aprendeu que A Farmacogenética e a Farmacogenômica são as ciências que estudam a variabilidade das respostas a fármacos em função das variações genéticas dos indivíduos Dessa forma é possível identificar quais medicamentos serão mais efetivos para um paciente específico baseado nas suas características genética permitindo a individualização do tratamento A Nutrigenômica tem o objetivo de estabelecer dietas personalizadas com base no genótipo de cada indivíduo para a promoção da saúde e redução do risco de doenças crônicas como o câncer Hoje são conhecidos mais de 200 genes relacionados ao desempenho físico humano Esse conhecimento pode ser aplicado em atletas de alto rendimento selecionando potencialidades e prevenindo lesões porém também pode ser utilizado de forma ilegal no doping genético Alimentos transgênicos são organismos que através de técnicas de engenharia genética receberam genes de outro organismo a fim de melhorar as características do alimento original como tornálo resistente a pragas Os avanços recentes em Genética Biologia Molecular Biotecnologia e Engenharia Genética possibilitaram o avanço de técnicas laboratoriais que permitiram aos cientistas manipular o DNA de plantas animais e mesmo de seres humanos com o objetivo de alterar suas características originais A Bioética busca aplicar a ética no contexto da biomedicina e da tecnologia para proteger a vida e a dignidade humana o meioambiente e o futuro do planeta Ficou alguma dúvida Construímos uma trilha de aprendizagem pensando em facilitar sua compreensão Acesse o QR Code que levará ao AVA e veja as novidades que preparamos para seu estudo CHAMADA 226 1 O termo Farmacogenética significa a A variação na estrutura dos fármacos semelhante às diferenças genéticas dos indivíduos b A ciência que estuda a variabilidade das respostas a fármacos em função das variações genéticas dos indivíduos c As diferenças genéticas que os indivíduos apresentam em relação a absorção de nutrientes d Um termo incorreto pois o correto é Farmacogenômica 2 Analise as sentenças a seguir e assinale a alternativa incorreta a A medicina personalizada é baseada na investigação do perfil genético de um indivíduo para escolher a melhor opção terapêutica para ele b A técnica de FISH pode ser utilizada para identificar mutações em pacientes com câncer de mama e leucemias que indicarão se eles serão sensíveis a determinados quimioterápicos c Mais de 90 do genoma humano é diferente entre os indivíduos devido à presença de uma enorme quantidade de polimorfismos de nucleotídeo único SNPs d Os nutrientes encontrados nos alimentos podem modular a expressão gênica 3 Sobre o papel da genética no desempenho esportivo assinale a alternativa incorreta a Polimorfismos no gene ACTN3 presente em fibras musculares de contração rápida estão associados a um melhor ou pior desempenho esportivo b A predisposição a lesões está associada à intensidade do treino e não possui componentes genéticos c O doping genético usa técnicas de clonagem e biologia molecular para melhorar o desempenho esportivo d Os principais alvos do doping genético são a eritropoietina e o fator de crescimento IGF1 4 Sobre alimentos transgênicos e bioética assinale a alternativa incorreta a Alimentos transgênicos receberam genes de outro organismo a fim de melhorar as características do alimento original b A tumefaciens é uma bactéria do solo que possui genes cry usados para aumentar a velocidade de crescimento das plantas c A bioética busca aplicar os princípios da ética no contexto da biomedicina e das tecnologias científicas d Dentre as questões discutidas pela bioética estão o uso de alimentos transgênicos as pesquisas com célulastronco e o uso de embriões humanos AUTOATIVIDADE 227 REFERÊNCIAS ABBAS AK LICHTMAN AH PILLAI S Imunologia básica funções e distúrbios do sistema imunológico 3 ed Rio de Janeiro Elsevier 2017 Disponível em httpswwwacademiaedu39540573 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